Вопрос № 24. Прочность древесины при растяжении вдоль и поперек волокон. Форма и размеры образцов. Чем объясняется разница в прочности древесины при растяжении вдоль и поперек волокон?

Определить прочность образца из древесины сосны при сжатии вдоль волокон и привести её к нормализованной влажности W= 12%, если размеры образца стандартные, максимальная нагрузка 7800 Н, а влажность в момент испытания 32%. Поправочный коэффициент К=2,25.

Для определения прочности при растяжении древесины вдоль волокон применяют образцы довольно сложной формы с массивными головками, которые зажимают в клиновидных захватах машины, и тонкой рабочей частью. Форма, размеры образца и схема его крепления см. на рисунке:

При такой форме образца предупреждается возможность его разрушения в местах крепления от сжатия поперек волокон и скалывании вдоль волокон. Переход от головок к рабочей части образца делают плавным во избежание концентрации напряжений. Заготовки для образцов получают путем выкалывания (а не выпиливания), чтобы не допустить перерезания волокон. Рабочая часть образца должна захватывать как можно больше годичных слоев, поэтому её широкая грань совпадает с радиальным направлением. Допускается изготовлять образцы с наклеенными головками.

Перед испытанием измеряют толщину а и ширину b рабочей части образцов с погрешностью до 0,1 мм и в отверстия головок вставляют стальные пробки диаметром 9,9мм. Длина пробок на 3 или 2 мм (соответственно для древесины мягких и твердых пород) меньше толщины головки. Пробки предотвращают чрезмерное смятие головок во время испытаний.

Предел прочности древесины на растяжение вдоль волокон сравнительно слабо зависит от влажности древесины, но резко падает при малейшем отклонении волокон от направления продольной оси образца. В среднем для всех пород предел прочности на растяжение вдоль волокон 130 МПа. Несмотря на столь высокую прочность, древесина в конструкциях и изделиях довольно редко работает на растяжение вдоль волокон из-за трудности предотвращения разрушения деталей в местах закрепления (под действием сжимающих и скалывающих нагрузок).

Поныне действующему стандарту для испытаний древесины на растяжение поперек волокон рекомендуется образец, форма и размеры которого показаны на рисунке ниже. Этот образец по форме напоминает образец для испытаний на растяжение вдоль волокон. Однако в данном случае образцы крепятся в винтовых захватах с плоской стороны, чтобы сжимающие усилия были направлены вдоль волокон.

Затруднения, возникающие при изготовлении образца сравнительно большой (для плоскости поперек волокон) длины, могут быть уменьшены путем использования клееных образцов. В клееных образцах центральный участок из исследуемой древесины должен иметь длину не менее 90 мм и включать в себя плоскую рабочую зону, криволинейные переходы и небольшую часть длины головок.

Для определения предела прочности при растяжении поперек волокон в радиальном и тангенциальном направлениях образец изготовляют таким образом, чтобы годичные слои на плоской его стороне были направлены соответственно поперек (как показано на рисунке) или вдоль длины его рабочей части.

Исчерпывающих данных о сравнительной прочности древесины на растяжение поперек волокон для разных пород, установленных при использовании стандартной формы образца, еще нет, однако опыты, проведенные ранее с образцами, форма которых соответствовала ранее действовавшему стандарту, показывают, что прочность древесины в радиальном направлении больше, чем в тангенциальном, у хвойных на 10-50%, у лиственных на 20-70%. В среднем прочность при растяжении поперек волокон для всех изученных пород составляет примерно 1/20 прочности при растяжении вдоль волокон.

При конструировании изделий из древесины стараются не допускать действия растягивающих нагрузок, направленных поперек волокон. Показатели прочности древесины при данном виде усилий необходимы для разработки режимов резания и сушки древесины. Именно эти величины характеризуют предельную величину сушильных напряжений, достижение которых вызывает растрескивание материала. При расчетах безопасных режимов сушки древесины учитывают зависимость пределов прочности от влажности и температуры, а также длительности приложения нагрузки (скорости нагружения).

Условный предел прочности при сжатии поперек волокон для всех пород в среднем примерно в 10 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон. Эта разница объясняется тем, что при сжатии поперек волокон возникает дополнительное сопротивление волокон древесины, тогда как при продольном сжатии сопротивление ограничивается силами упругости годичных слоев древесины. Иными словами, деформативность древесины при сжатии поперек волокон выше, чем при сжатии вдоль волокон.

Определить прочность образца из древесины сосны при сжатии вдоль волокон и привести её к нормализованной влажности W= 12%, если размеры образца стандартные, максимальная нагрузка 7800 Н, а влажность в момент испытания 32%. Поправочный коэффициент К=2,25.

Прочность образца из древесины сосны определяем по формулам:

w = Рmax/а*b = 7800/20*20 = 19,5 МПа

В 12 = В 30 * К = 19,5 * 2,25 = 39 МПа

Вопрос № 38. Изменение свойств древесины под воздействием физических и химических факторов: сушки; положительной и отрицательной температуры; влажности; ионизирующих излучений; кислот, щелочей и газов; морской и речной воды.

Построить график влияния влажности на прочность древесины бука при сжатии вдоль волокон, если у 0% = 63,0 МПа; у 12% = 55,5 МПа; у 18% = 44,8 МПа; у 70% = 26,0 МПа.

В процессе сушки происходит воздействие на сырую древесину пара, нагретого сухого или влажного воздуха, токов высокой частоты и других факторов, приводящих в конечном результате к снижению содержания свободной и связанной воды. Правильно, при соответствующих режимах, проведенная камерная сушка древесины дает материал, вполне равноценный получаемому в результате атмосферной сушки. Но если высушивать древесину в камерах слишком быстро и при высокой температуре, то это не только может привести к растрескиванию и значительным остаточным напряжениям, но и оказать влияние на механические свойства древесины.

Согласно данным ЦНИИМОДа, высокотемпературная сушка приводит к снижению механических свойств древесины. В меньшей степени снижается прочность при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе, в большей мере - при тангенциальном скалывании и весьма существенно уменьшается ударная вязкость древесины.

Резко сокращается продолжительность сушки при использовании электромагнитных колебаний СВЧ. Однако степень специфического влияния этого фактора на свойства древесины пока еще не установлена.

Повышение температуры вызывает снижение показателей прочности и других физико-механических свойств древесины. При сравнительно непродолжительных воздействиях температуры до 100 о С эти изменения, в основном, обратимы, т.е. они исчезают при возвращении к начальной температуре древесины.

Данные, полученные ЦНИИМОД, показывают, что прочность при сжатии вдоль и поперек волокон понижается как с повышением температуры, так и повышением влажности древесины. Одновременное воздействие обоих факторов вызывает большее снижение прочности по сравнению с суммарным эффектом от их изолированного воздействия. Влияние влажности наблюдается до предела насыщения клеточных стенок, дальнейшее увеличение влажности практически не отражается на прочности, хотя ряд исследователей отмечали её снижение (на 10-15 %) и в этом диапазоне изменения влажности.

При достаточно длительном воздействии повышенной температуры (более 50 о С) в древесине происходят необратимые остаточные изменения, которые зависят не только от уровня температуры, но и от влажности.

Ударная вязкость древесины с низкой влажностью уменьшается с повышением температуры, а при высокой влажности, наоборот, увеличивается (испытывалась древесина в нагретом состоянии).

Воздействие высоких температур приводит к тому, что древесина становится хрупкой.

Характер влияния положительных температур одинаков для абсолютно сухой и мокрой древесины. В то же время при отрицательных температурах прочность абсолютно сухой древесины плавно увеличивается, а мокрой древесины резко возрастает с понижением температуры до - 25 о С … - 30 о С, после чего повышение прочности замедляется. При указанных температурах образуется столько ледяных включений, что они обеспечивают достаточную устойчивость стенок клетки. Модули упругости древесины при её замораживании возрастают.

Гамма-облучение, по данным А.С. Фрейдина, оказывает наименьшее влияние на сопротивление древесины сжатию. Значительно больше снижается прочность на скалывание и еще сильнее падает сопротивление статическому изгибу. Для двух последних видов испытаний древесины сосны резкое снижение прочности (на 20-24%) наблюдается уже при дозе 50 Мрад. При дозе облучения в 100 Мрад прочность снижается вдвое. Прочность после дозы облучения в 500 Мрад при статическом изгибе составляет немногим более 10%, на сжатие вдоль волокон снижается на 30%. Наиболее сильно облучение влияет на ударную вязкость древесины. У древесины сосны после облучения дозой в 50 Мрад ударная вязкость снизилась более, чем в два раза. Лучевая стерилизация древесины (около 1 Мрад) практически не снижает её механические свойства.

Воздействие на комнатно-сухую древесину в малых образцах серной, соляной и азотной кислоты концентрацией 10% при температуре 15-20 о С приводит к снижению срочности при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе, ударной вязкости и твердости в среднем на 48% для ядра лиственницы и сосны и на 53-54% для ели (спелая древесина),бука и березы.

При воздействии на древесину в течение четырех недель щелочей были получены следующие данные: 2%-ный раствор аммиака почти не оказал влияния на прочность при статическом изгибе лиственницы, сосны, ели, но прочность дуба и бука снизилась на 34 %, а липы почти в двое;10%-ный раствор аммиака снизил прочность лиственницы на 8%, сосны и ели на 23 %, а лиственных пород - почти втрое. Едкий натр оказывает более сильное влияние.

Таким образом, прочность древесины лиственных пород снижается под влиянием кислот и щелочей в значительно большей степени, чем хвойных.

Газы SO 2 , SO 3 , NO, NO 2 при длительном воздействии на древесину изменяют цвет и постепенно разрушают её. При увлажнении древесины разрушение происходит интенсивнее. Смолистость уменьшает вредное влияние газов, а синева способствует поражению.

Испытания топляковой древесины из бревен сосны, ели, березы и осины показали, что после пребывания в речной воде 10-30 лет прочность древесины практически не изменилась. Однако, более длительное пребывание в воде вызывает снижение прочности наружных слоев древесины (толщиной 10-15 мм). В то же время в более глубоких слоях прочность древесины оказалась не ниже норм, допускаемых для здоровой древесины. Пребывание в воде на протяжении нескольких сотен лет в сильной мере изменяет древесину. В зависимости от времени нахождения под водой цвет древесины дуба меняется от светло-коричневого до угольно-черного вследствие соединения дубильных веществ с солями железа. Древесина, образующегося таким образом «мореного» дуба, пластичная в насыщенном водой состоянии, становится хрупкой после высушивания, усушка её в 1,5 раза больше, чем обычной древесины; при сушке склонна к растрескиванию; прочность при сжатии, статическом изгибе и твердость снижаются примерно в 1,5 раза, а ударная вязкость в 2-2,5 раза. Точно определить как изменяются показатели свойств древесины из-за пребывания в воде нельзя, т.к. неизвестны свойства древесины до затопления.

Морская вода через сравнительно короткое время оказывает заметное влияние на прочность и ударную вязкость древесины.

Для установления возможности использования топляковой древесины проводят её испытания и определяют степень отклонения полученных данных от справочных.

Построить график влияния влажности на прочность древесины бука при сжатии вдоль волокон, если у 0% = 63,0 МПа; у 12% = 55,5 МПа; у 18% = 44,8 МПа; у 70% = 26,0 МПа.

К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твёрдость, жёсткость, ударная вязкость и другие.

Прочность - способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности. Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.

Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20-25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины. Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок.

Вертикальные статические нагрузки - это постоянные или медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, её определяют и измеряют образцами древесины. Прочность древесины измеряют в Па/см2 (кгс на 1 см2) поперечного сечения образца в месте разрушения, (Па/см2 (кг с/см2).

Сопротивление древесины определяют как вдоль волокон, так и в радиальном и тангенциальном направлении. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание. Прочность зависит от направления действия сил, породы дерева, плотности древесины, влажности и наличия пороков. Механические свойства древесины приведены в таблицах.

Чаще всего древесина работает на сжатие, например, стойки и опоры. Сжатие вдоль волокон действует в радиальном и тангенциальном направлении (рис. 1).

Предел прочности на растяжение. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см2. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.

Прочность древесины при растяжении поперёк волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, то есть 65 кгс/см2. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперёк волокон. Прочность древесины на растяжение поперёк волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.

Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперёк волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твёрдой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.

Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см2.

Прочность древесины при сжатии поперёк волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперёк волокон не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.

Древесину испытывают на сжатие поперёк волокон в радиальном и тангенциальном направлениях . У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангенциальном; у хвойных - наоборот, прочность выше при тангенциальном сжатии.


Рис. 2. Испытание механических свойств древесины на изгиб.

Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние - растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 1000 кгс/см2, то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперёк волокон и перерезание.

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30% выше, чем по радиальной.

Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.

Твёрдость - это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определённой формы. Твёрдость торцовой поверхности выше твёрдости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твёрдости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие - торцовая твёрдость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); 2) твёрдые - торцовая твёрдость 40,1-80 МПа (лиственница, сибирская берёза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клён, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); 3) очень твёрдые - торцовая твёрдость более 80 МПа (акация белая, берёза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

Твёрдость древесины имеет существенное значение при обработке её режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.

Твёрдость древесины

Эбеновое дерево

Акация белая

Олива

Падук

Ярра

Афромозия

Кумару

Граб

Лапачо

Вяз гладкий

Амарант

Берёза

Орех грецкий

Тиковое дерево

Кемпас

Ирокко (камбала)

Бамбук

Вишня

Панга-панга

Ольха

Венге

Лиственница

Гуатамбу

Клён полевой

Клен остролистый

Сосна

Ясень

Сосна корейская

Мербау

Осина

Сукупира

Кумьер

Ятоба (мерил)

Груша

Свитения (махагони)

Сапелли

Дуссие

Липа

Мутения

Каштан

Порода дерева Твердость, МПа (кгс/см 2)
для поверхности поперечного разреза для поверхности радиального разреза для поверхности тангенциального разреза
Липа 19,0(190) 16,4(164) 16,4(164)
Ель 22,4(224) 18,2(182) 18,4(184)
Осина 24,7(247) 17,8(178) 18,4(184)
Сосна 27,0(270) 24,4(244) 26,2(262)
Лиственница 37,7(377) 28,0(280) 27,8(278)
Береза 39,2(392) 29,8(298) 29,8(298)
Бук 57,1 (571) 37,9(379) 40,2(402)
Дуб 62,2(622) 52,1(521) 46,3(463)
Граб 83,5(835) 61,5(615) 63,5(635)

Ударная вязкость характеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше, чем у древесины хвойных пород. Ударную твёрдость определяют, сбрасывая стальной шарик диаметром 25 мм с высоты 0,5 м на поверхность образца, величина которого тем больше, чем меньше твёрдость древесины.

Износостойкость - способность древесины сопротивляться износу, т.е. постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Испытания на износостойкость древесины показали, что износ с боковых поверхностей значительно больше, чем с поверхности торцевого разреза. С повышением плотности и твёрдости древесины износ уменьшился. У влажной древесины износ больше, чем у сухой.

Способность древесины удерживать металлические крепления: гвозди, шурупы, скобы, костыли и др. - важное её свойство. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдёргиванию гвоздя. Усилие, необходимое для выдёргивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон. С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается. Усилия, необходимые для выдёргивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдёргивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву.

Основные технические свойства различных древесных пород

Порода дерева Коэффициент усушки, % Механическая прочность для древесины с 15 %-ной влажностью, МПа (кгс/см 2)
в радиальном направлении в тангенциальном направлении на сжатие вдоль волокон на изгиб скалывание
в радиальной плоскости в тангециальной плоскости
Хвойные древесные породы
Сосна 0,18 0,33 43,9 79,3 6,9(68) 7,3(73)
Ель 0,14 0,24 42,3 74,4 5,3(53) 5,2(52)
Лиственница 0,22 0,40 51,1 97,3 8,3(83) 7,2(72)
Пихта 0,9 0,33 33,7 51,9 4,7(47) 5,3(53)
Твердолиственные древесные породы
Дуб 0,18 0,28 52,0 93,5 8,5(85) 10,4(104)
Ясень 0,19 0,30 51,0 115 13,8(138) 13,3(133)
Береза 0,26 0,31 44,7 99,7 8,5(85) 11(110)
Клен 0,21 0,34 54,0 109,7 8,7(87) 12,4(124)
Ильм 0,22 0,44 48,6 105,7 - 13,8(138)
Вяз 0,15 0,32 38,9 85,2 7(70) 7,7(77)
Мягколиственные древесные породы
Осина 0,2 0,32 37,4 76,6 5,7(57) 7,7(77)
Липа 0,26 0,39 39 68 7,3(73) 8(80)
Черная ольха 0,16 0,23 36,8 69,2 - -
Черная осина 0,16 0,31 35,1 60 5,8(58) 7,4(74)

Нормативная сопротивляемость чистой древесины сосны и ели

Вид сопротивления и характеристика элементов, находящихся под нагрузкой МПа (кгс/см 2)
Сопротивление статическому изгибу R t :
  • для элементов, изготовленных из круглого леса с неослабленным поперечным сечением
16(160)
  • для элементов с прямоугольным сечением (ширина 14 см, высота - 50 см)
15(150)
  • для остальных элементов
13(130)
Сопротивляемость сжатию R сж и поверхностному сжатию R п.сж :
  • R п.сж вдоль волокон
13(130)
  • в плоскости, параллельной направлению волокон R п.сж.пл
1,8(18)
Сопротивление сжатию местной поверхности R п.сж :
  • поперек волокон в опорных местах конструкции
2,4 (24)
  • в опорных зарубках
3(30)
  • под металлическими подкладками (если углы приложения силы 90…60°)
4(40)
Сопротивляемость растяжению вдоль волокон R раст.в :
  • для элементов с неослабленным поперечным сечением
10(100)
  • для элементов с ослабленным поперечным сечением
8(80)
Сопротивляемость раскалыванию вдоль волокон R раск.в 2,4(24)
Сопротивляемость раскалыванию поперек R раск.в волокон 1,2(12)

Средние показатели сопротивления древесины выдергиванию гвоздей

Порода древесины

Плотность, кг/м 3

Размеры гвоздей, мм

оцинкованных

не оцинкованных

1,2 х 25

1,6 х 25

2 х 4

Средние показатели сопротивления в направлениях

радиальном

тангенциальном

радиальном

тангенциальном

радиальном

тангенциальном

Лиственница

Усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец, на 10-15% меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон.

Способность древесины изгибаться позволяет гнуть её. Способность гнуться выше у кольцесосудистых пород - дуба, ясеня и др., а из рассеянно-сосудистых - бука; хвойные породы обладают меньшей способностью к загибу. Гнутью подвергают древесину, находящуюся в нагретом и влажном состоянии. Это увеличивает податливость древесины и позволяет вследствие образования замороженных деформаций при последующем охлаждении и сушке под нагрузкой зафиксировать новую форму детали.

Раскалывание древесины имеет практическое значение, так как некоторые сортименты её заготовляют раскалыванием (клёпка, обод, спицы, дрань). Сопротивление раскалыванию по радиальной плоскости у древесины лиственных пород меньше, чем по тангенциальной. Это объясняется влиянием сердцевинных лучей (у дуба, бука, граба). У хвойных, наоборот, раскалывание, по тангенциальной плоскости меньше, чем по радиальной.

Деформативность. При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности - модуль упругости.

Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жёсткая древесина.

С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жёсткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.

К атегория: Столярные работы

Пиление древесины вдоль волокон

Чтобы получить заготовку нужной ширины и толщины, доску пилят вдоль волокон. Но сначала заготовку надо разметить и закрепить в заднем зажиме верстака (рис. 1).

Правила пиления древесины вдоль волокон имеют много общего с правилами пиления поперек волокон, Но есть и некоторые различия: рабочая поза несколько иная, положение туловища прямое, ритм и темп пиления более быстрые.

Вот последовательность работы при распиливании заготовки вдоль волокон:
Крепление заготовки и рабочая поза столяра.
1. Разметить места распила.
2. Зажать заготовку вертикально в задний зажим верстака. Край заготовки не должен быть выше уровня плеча.
3. Подготовить инструмент и принять установленную позу.
4. Сделать пропил по линии разметки. Не забывайте, что у полотна лучковой пилы надо держать не руку, а брусочек.
5. Начать пиление, соблюдая ритм и темп.

Рис. 1. Пиление древесины вдоль волокон

При работе необходимо постоянно контролировать положение полотна пилы относительно заготовки по линии разметки, верстачной доске, линейке. Следить, чтобы дно пропила находилось примерно на уровне груди (ведь заготовку всегда можно поднять и опустить). Соблюдать правила безопасной работы. Перед концом пиления надо работать медленнее, без нажима, чтобы не расколоть заготовку и не поранить руки.

Качество работы можно проверить при помощи линейки, угольника.

При пилении вдоль волокон могут встретиться следующие виды брака:
1. Пропил не прямолинеен.
Причины:
а) вы не следили за линией разметки;
б) сильно нажимали на пилу;
в) не управляли пилой во время работы.
2. Пропил расположен не под прямым углом по отношению к широкой стороне заготовки.
Вот: почему:
а) вы начали работу не точно под прямым углом к краю заготовки;
б) пилили неправильно, не вдоль верстака, не по разметке;
в) не управляли полотном пилы.

Запомни!
Чтобы избежать брака при пилении, надо работать аккуратно и точно соблюдать установленные правила.

Конечно, лучше работать без брака. Но если все-таки появились какие-то погрешности, не огорчайтесь!

Недостатки можно устранить с помощью рубанка строганием.

Инструменты для работы.

Для пиления древесины вдоль волокон используют ножовки, лучковые, шипоные пилы (рис. 2, а, 6, в). У таких пил зубья наклонены, имеют форму треугольника с острым углом (рис. 2,г). Поэтому пилят этими инструментами только в одну сторону, куда наклонены зубья (обычно от себя). При обратном движении (на себя) пила не режет древесину, это «холостой» ход.

Рис. 2. Пилы для пиления древесины вдоль волокон: а- ножовка; б -лучковая; в – шиповая; г - форма зубьев

Но очень часто при работе некогда (или сложно) менять инструмент, хотя приходится пилить древесину и вдоль волокон, и поперек них, и наискось. Для этих целей пользуются пилами со смешанным зубом. Форма зуба -прямоугольный треугольник с прямым углом, направленным в сторону пиления.

Техника пиления. При пилении древесины вдоль волокон, как и при пилении поперек волокон, ширина пропила зависит от толщины полотна, высоты зубьев и их развода. Чем уже пропил, то есть чем тоньше полотно, мельче зубья и меньше развод, тем легче и быстрее работать.

Рис. 3. Пиление древесины вдоль волокон

Закрепляют заготовку в зажимах верстака и пилят по линиям разметки так, как это показано на рис. 3. Зубья пилы должны быть наклонены в сторону, противоположную руке, то есть от себя.



- Пиление древесины вдоль волокон

Любой кулинар должен знать, как резать мясо правильно и как разделывать мясо в свежем виде. Мясо любого животного — великолепный, питательный продукт, богатый полезными кислотами и уникальными животными белками. Но, чтобы получить вкусные блюда, для каждого способа приготовления нужно уметь правильно резать мясо.
Если не знаешь, как резать мясо, можешь ориентироваться на основные правила.

Первое: мясо режут только оттаявшее, а не замороженное. После разморозки, или если мясо было просто охлажденное, оно должно полежать 15-20 минут на воздухе. За это время соки распределятся по тканям мяса равномерно, волокна обмякнут.

Второе: правильно резать мясо можно только острым длинным ножом. Никаких фигурных лезвий или старых ножей с зазубринами. Лучшая разделочная доска – из натурального дерева (ты ведь не хочешь нанести себе травму, разделывая мясо на пластиковых или стеклянных досках?).

Третье: резать мясо поперек волокон нужно почти всегда, только в редких исключениях — вдоль. Существует мнение, что если резать мясо поперек волокон, теряется сочность. Но если его правильно обрабатывать термически, то все соки остаются, а мясо получается очень нежным, даже такое жесткое, как говядина.

В нарезке есть два принципиально разных метода, которые зависят от продукта: как резать мясо без костей и как разделывать мясо на кости . В первом случае: кусок кладешь так, чтобы было удобно резать вдоль волокон, нож ориентируешь строго горизонтально под прямым углом. Начинаешь резать от толстого куска, соблюдая единую толщину вдоль всей полоски. На нож нажимаешь не слишком сильно и при этом тянешь на себя, постепенно прорезая, а не прорывая продукт.

Правильно резать мясо на кости нужно немного по-другому. Нож направляется под углом 45 градусов, и мякоть срезается с куска по диагонали от верха и до самой кости, которая должна лежать на разделочной доске (иначе кусок мяса будет скользить, у тебя не получится нарезать равномерные куски, да и травмироваться острым ножом будет очень просто).

Конкретный способ нарезки должен зависеть от того, какое блюдо предполагается готовить. Если у тебя в планах первое и второе блюда, можно не особенно стараться с отделением костей от мякоти. Кости именно с небольшим количеством мяса становятся основой наваристого бульона. Как разделывать мясо для вторых блюд, знают практически все. Для жарки не рекомендуется делать очень тонкие куски (если нарежешь слишком тонко — мясо потеряет все соки при приготовлении).

Если жарится мясо не слишком мягкое и молодое, причем без отбивания, смело режь поперек волокон, таким образом ты добьешься мягкости и нежности. Для тушения подойдет нарезка одинаковыми кубиками.

Для мелких закусок (канапе, легкие бутерброды с мясом и др.) мясо опять же придется разделать поперек волокон, поскольку закуска должна легко прожевываться при любом виде используемого мяса, будь то сочная курица, нежная свинина или вкусная говядина. Для рулетов и фарширования подойдет нарезка только вдоль волокон. Для настоящих бифштексов и стейков нужно резать мясо поперек волокон и никак иначе.

Как правильно разделать говядину

Наибольшие сложности вызывает у хозяек вопрос, , если в руки попадает не готовая магазинная вырезка, а отдельная часть от туши (к примеру, цельная нога, либо большой кусок ребрышек).

Способ, как разделать говядину , не слишком отличается от разделывания всех остальных типов мяса. Купив половину туши или даже целую, нужно правильно распределить мясо для всех блюд. Классический способ, как разделать говядину, предполагает разделение на такие части как лопатка, спинка, филей, вырезка, грудинка, голяшка.

Для ростбифа незаменима спинка на ребрах, из лопатки получатся отменные блюда с рубленым мясом и великолепные котлеты. Для приготовления стейка или запекания возьми филейную часть, вырезка подойдет для любого метода приготовления, но по вкусу хороша только с приправами и соусом.

Без грудинки не получится самого вкусного супа, покупай это мясо обязательно, хотя оно и считается жестким, жилистым и не слишком диетическим. С точки зрения получения необходимых аминокислот, белков и полезных веществ в супе грудинка станет просто незаменимой.

Голяшка подойдет только для приготовления холодцов и для долгого тушения, ведь это жесткое мясо, но зато здесь есть ценные кости, которые при длительной варке отдадут необходимый человеку кальций. Не старайся покупать только мякоть, ведь в говядине кости и хрящи – одни из самых ценных.

На рынках и в магазинах знают, как разделать говядину правильно или любое другое мясо, чтобы не осталось ни единой косточки в отходах, но разделанное на кусочки и отдельные косточки мясо -это не всегда лучшее решение для домашних блюд.

Как правильно разделать свинину

Свинина – мясо менее диетическое, но для организма так же необходимое, как и говядина. Многие блюда гораздо вкуснее, если их приготовить со свининой, а не с говядиной или курицей. Лучшее мясо, срезанное с тушки, называется вырезкой. Это мягкое, сочное, жирное, без единой кости мясо. Приготовить из него можно что угодно, кроме наваристого супа (он будет слишком жирный и плохо повлияет на самочувствие, ведь он очень тяжел для печени, почек и всего желудочно-кишечного тракта).

Одним из важных механических свойств древесины является ее устойчивость к разрушающим механическим воздействиям, то есть прочность. Зависит она от разных факторов, самые важные из которых:

  • Плотность;
  • Влажность;
  • Присутствие пороков;
  • Порода древесины;
  • Наличие разрушающих нагрузок в разных направлениях (например, поперек или вдоль волокон), то одно и тоже дерево будет иметь разную прочность.

На прочности дерева отражается содержание влаги в клеточных оболочках – связанная влага. Чем больше влажность, тем меньше прочность. Однако это правило действует до показателя влажности 30 %, который является пределом гигроскопичности. После достижения этого предела прочность остается неизменной даже при увеличении количества влаги. При определении показателей прочности образцы древесины должны иметь одинаковую влажность. Продолжительность разрушающей нагрузки также сильно отражается на показателе прочности.

Нагрузки различают по силе, направлению и времени воздействия. Статические действуют с постоянной силой или с постепенным увеличением, а динамические очень недолго, только в момент соприкосновения с поверхностью дерева. Эти нагрузки принято называть разрушительными, поскольку от их действия структура древесины нарушается. Крайние показатели прочности, при которых древесина способна сохранить свою структуру, называют пределом прочности. Единица измерения прочности – Па/см2 или иначе кгс на 1 кв. см.

Прочность измеряют во всех направлениях – продольном, радиальном и тангенциальном. При испытаниях применяют силы растяжения и сжатия, а также испытывают на изгиб и скалывание. Ниже приведена таблица механических свойств древесины.

Прочность на сжатие имеет большое значение в строительных конструкциях, таких, как опоры и стойки. Ее измеряют в разных направлениях.

Прочность на сжатие проверяют в продольном и поперечном по отношению к волокнам направлению. При этом при продольном сжатии происходит уменьшение длины образца. При испытании образца древесины мягких сортов с высокой влажностью торцы начинают сминаться, а боковые части выпирают в сторону. Древесина твердая и сухая при продольном сжатии начинает разрушаться и части образца сдвигаются в разные стороны.

Усредненное значение предела прочности продольного сжатия для всех видов древесины около 500 кгс на 1 кв. см.

Величина прочности при поперечном сжатии намного меньше, чем при продольном и их соотношение друг к другу составляет 1:8. Момент, в который происходит разрушение древесины при поперечном сжатии не легко определить, как и силу давления, при которой оно происходит.

Обычно проверяют прочность на поперечное сжатие в двух направлениях – радиальном и тангенциальном. При этом лиственные породы имеют прочность в 1.5 раза больше при сжатии в радиальном направлении, нежели при тангенциальном. Прочность древесины хвойных пород при сжатии в радиальном направлении ниже, чем при тангенциальном сжатии.

Испытание механических свойств древесины на сжатие: а - вдоль волокон; б - поперек волокон - радиально; в - поперек волокон - тангенциально.

Прочность древесины на растяжение

Прочность древесины при растяжении вдоль волокон колеблется в пределах 1100 – 1400 кгс/см2, правда использование ее в деталях, работающих на растяжение затруднено в связи с тем, что она не выдерживает нагрузок в местах крепления. В этих местах на древесину действуют силы сжатия и скалывания, а они имеют более низкие значения. Ярким примером использования древесины с работой на растяжение являются оглобли в конных повозках.

В поперечном направлении прочность на растяжение низкая и ее значение не превышает 5% от предела прочности на растяжение в продольном направлении. Поэтому в тех случаях, когда деталь из древесины работает на растяжение, применяют только древесину с продольным расположением волокон.

Величина поперечной прочности древесины на растяжение учитывается при резке и сушке материала, режимы этих операций подбираются в прямой зависимости от прочности.

Усредненная прочность всех пород деревьев при изгибе принято считать равной 1000 кгс/см2, что в два раза больше прочности на сжатие и примерно на 30% меньше прочности при продольном растяжении. При изгибе разные слои древесины испытывают разное напряжение — верхний слой получает сжатие, а нижний, напротив, — растяжение. В средней части образца, подвергаемого изгибу, находится нейтральная область, которая не испытывает никаких напряжений. Зона, испытывающая напряжение растяжения, начинает разрушаться в первую очередь – крайние волокна древесины разрываются.

Визуально определить прочность древесины на изгиб можно по характеру излома – качественные образцы будут иметь неровный излом с наличием большого количества щепы, а дефектная – почти ровный, без выступов и вмятин.

При изгибе одна часть заготовки подвергается сжатию, другая – растяжению, поэтому показатель сопротивления изгибу находится между показателями сопротивлений сжатия и растяжения. Отношение сопротивления сжатия к сопротивлению растяжения колеблется от 1.7 до 2.2 у разных пород дерева.

Влажность дерева также отражается на показателе сопротивления статическому изгибу – при изменении влажности на 1%, сопротивление изменяется на 4%.

По величине сопротивления ударному изгибу можно определить вязкость или хрупкость древесины. Если сопротивление невелико, древесина хрупкая, а высокий показатель сопротивления говорит о большой вязкости древесины.

Измеряют сопротивление ударному изгибу с помощью маятника, замеряя работу Q кг/м, которая требуется маятнику определенного веса для того, чтобы сломать испытуемый брусок. Само сопротивление вычисляют по формуле A = Q/bh2, в которой b и h – соответственно ширина и высота сечения образца в сантиметрах.

Прочность древесины при сдвиге

Смещение в заготовке одной части древесины относительно другой называется сдвигом. Сдвиги образуются под действием внешних нагрузок разного характера. Выделяют сдвиги, возникающие от скалывания вдоль или поперек волокон и от распила (перерезания).

Прочность при скалывании меньше прочности продольного сжатия примерно в 5 раз. А если сравнивать прочность скалывания вдоль и поперек волокон в одном образце, то предел прочности при продольном скалывании в два раза выше, чем при поперечном. Прочность древесины при перерезании выше прочности при скалывании раза в четыре.

Самая прочная древесина

Все породы деревьев различаются по прочности. Из хвойных деревьев наиболее прочной считается лиственница. Это дерево обладает уникально твердой и долговечной древесиной, устойчивой к гниению и влагостойкой. Смолистая и прочная, она замечательна еще и тем, что, находясь в воде способна приобретать прочность камня. Древесина лиственницы используется в производстве мебели и в строительстве. В строительстве подводных сооружений ей практически нет альтернативы. Успешно применяется в кораблестроении.

Из лиственных пород, используемых человеком, первое место по прочности занимает дуб. Древесина очень долговечная, гибкая, имеет великолепные декоративные качества и применяется во многих областях промышленности. Из нее делают дорогую мебель, паркет, хороша для поделок.

До настоящего времени в Литве, в маленькой деревушке Стелмуж, растет дуб, возраст которого более 1500 лет. На высоте человеческого роста диаметр ствола составляет 4 метра, а обхват дерева на трехметровой высоте равен 13.5 метров. Этот дуб является памятником природы, он – самый старый представитель дубовых деревьев во всей Европе.

В мире есть несколько образцов деревьев с «железной» древесиной. Амазонское дерево в Бразилии, азобе в Африке, темир-агач в Азербайджане и Иране. Закавказские леса и леса Северной Ирландии – место произрастания персидской парротии, которая также поражает своей прочностью. К сожалению, все перечисленные деревья редко встречаются в природе, и их находки – это настоящее чудо.