Воскресенье, 28.04.2024
Экзамены
[ Новые сообщения · Участники · Правила форума · Поиск · RSS ]
  • Страница 1 из 1
  • 1
Форум » Test category » Материаловедение » Лесные материалы. Физич. и механич. свойства древесины (43 вопрос)
Лесные материалы. Физич. и механич. свойства древесины
BamboochaДата: Понедельник, 14.06.2010, 18:08 | Сообщение # 1
Помогающий людям
Группа: Администраторы
Сообщений: 226
Репутация: 0
Статус: Offline
§ 6.2. ОСНОВНЫЕ ДРЕВЕСНЫЕ ПОРОДЫ

1. Хвойные породы
Сосна — ядровая порода, ядро у нее обычно буро-красного цвета, а заболонь желтого. Древесина сосны мягкая (плотность 470—540 кг/м3) и прочная, легко обрабатывается. Так называемая «рудовая» сосна, расту¬щая на возвышенных местах, песчаных и супесчаных почвах имеет мелкослойную плотную смолистую древе¬сину. У «мяндовой» сосны, растущей на низменных гли¬нистых почвах, древесина крупнослойная, рыхлая, с ши¬рокой заболонью и поэтому хуже, чем у «рудовой» сосны.
Ель применяют в строительстве наравне с сосной, хотя по качеству она уступает сосне. Ель имеет спелую древесину белого цвета с желтым оттенком, менее смо¬листую и более легкую, чем у сосны (плотность 440— 500 кг/м3). Вследствие большого количества твердых сучков ель трудно обрабатывать.
Лиственница имеет ядро красновато-бурого цвета, ее заболонь узкая и по окраске резко отличается от ядра. Древесина лиственницы плотная (плотность 630— 790 кг/м3), твердая и прочная, менее подвержена гние¬нию, чем древесина сосны. Поэтому лиственница особен¬но ценится в гидротехническом строительстве и мосто¬строении; из нее изготовляют шпалы, рудничные стойки.
Кедр имеет мягкую и легкую древесину, ее механиче¬ские свойства ниже, чем сосны. Применяют в виде круг¬лого леса и пиломатериалов, для столярных изделий и отделки мебели — в виде декоративной фанеры.
Пихта по древесине схожа с елью, но не имеет смо¬ляных ходов. Легко загнивает, поэтому ее не применяют во влажных условиях эксплуатации.

2. Лиственные породы
Дуб имеет плотную (около 720 кг/м3), очень прочную и твердую древесину. Ядро темно-бурого цвета, резко от-личается от желтоватой заболони. Многочисленные круп¬ные сердцевинные лучи видны на всех разрезах и прида¬ют древесине дуба своеобразную текстуру. Дуб применя¬ют в ответственных конструкциях (шпонки, нагели и т. п.) в гидротехнических сооружениях, мостостроении. Дубовый паркет, мебель, столярные изделия, ножевая фанера для столярно-отделочных работ — характерные области применения дуба. Особенно ценится мореный дуб черного или темно-серого цвета.
Ясень имеет тяжелую (660—740 кг/м3), гибкую и вяз¬кую, но менее прочную древесину, чем древесина дуба. Благодаря красивой текстуре ценится в мебельном про¬изводстве и столярно-отделочных работах.
Ильмовые породы (ильм, вяз, карагач) имеют проч¬ную, твердую и гибкую древесину. Большей частью их используют в столярном производстве для изготовления мебели и строганной фанеры.
Береза — заболонная порода, распространенная в на¬ших лесах, имеет тяжелую (около 650 кг/м3) древесину, которая относительно легко загнивает в сырых и плохо вентилируемых местах. В больших количествах березу используют для изготовления фанеры, в качестве столяр¬ных изделий и отделочных материалов (ее легко имити¬ровать под ценные породы). Для отделочных работ осо¬бую ценность представляет карельская береза со своеоб¬разной извилистой и узловатой текстурой.
Бук — спелодревесная порода, ее древесина (белая с красноватым оттенком) тяжелая (около 650 кг/м3) и твердая, легко раскалывается. Древесина бука, как и древесина березы, относительно легко загнивает. При¬меняют для производства паркета, мебели, фанеры.
Граб имеет древесину, похожую на буковую, но бо¬лее тяжелую. Используют для тех же целей, что и бук. Осина — заболонная порода, широко распространен¬ная в наших лесах. Ее древесина — с зеленым оттенком, легкая (420—500 кг/м3), мягкая, склонная к загниванию, служит исходным сырьем для изготовления фанеры, дре¬весных плит.
Ольха — заболонная порода с мягкой древесиной, склонной к загниванию. Используют в основном так, как и березу.
Липа—спелодревесная мягкая порода, предназнача¬емая для изготовления фанеры, мебели, тары.

1.Физические свойства древесины

Истинная плотность древесины изменяется незначительно, так как древесина всех деревьев состоит в основном из одного и того же вещества — целлюлозы (~1,54 г/см3). Плотность древесины разных по¬род и даже древесины одной и той же породы колеблется в весьма широких пределах, поскольку строение и пористость растущего дерева зависят от почвы, климата и других природных условий.

Предел гигроскопической влажности (в среднем он составляет около 30 wacko соответствует полному насыщению стенок клеток древесины водой. Полная влажность древесины (считая гигроскопическую и капиллярную влагу) может значительно превышать 30%. Например, влажность свежесрубленного дерева может колебаться от 40 до 120 %, а при выдерживании древесины в воде ее влажность может возрасти до 200%. При длительном нахождении влажной древесины на воздухе она постепенно высыхает и достигает равновесной влажности.
Равновесная влажность зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха. Для определения равновесной влажности пользуются специальной номограммой. Равновесная влажность комнатно-сухой древесины составляет 8—12 %. Влажность воз¬душно-сухой древесины после продолжительной сушки на открытом воздухе составляет 15—18 %.
Показатели свойств (плотность, прочность), получен¬ные при испытании древесины различной влажности, для возможности сопоставления приводят к стандартной влажности, равной 12 %. При необходимости численные характеристики древесины (например, предел прочности) пересчитывают к влажности 15 %.
Колебания влажности волокон древесины влекут за собой изменение размеров и формы досок, брусьев и других изделий из дре¬весины. При увлажнении сухой древесины до достижения ею предела гигроскопичности стенки древесных клеток утолщаются, разбухают, что приводит к увеличению размеров и объема деревянных изделий. Свободная влага, заполняющая полости клеток, на размерах древесины не отражается. Усушка древесины происходит за счет удаления связанной влаги из стенок клеток, т. е. если влажность древесины становится меньше предела гигроскопичности, то усушка достигает максимального значения при полном удалении влаги, со¬держащейся в клеточных стенках.
Вследствие неоднородности строения древесина усы¬хает в различных направлениях неодинаково. Вдоль оси ствола (вдоль волокон) максимальная линей¬ная усушка сравнительно невелика — около 0,1 % (1 мм на 1 м), в радиальном направлении 3—6% (3—6 см на 1 м), а в тангенциальном—6—12 % (6—12 см на 1 м).
При высушивании древесины от предела гигроскопичности (который характеризуется влажностью около 30%) до воздушно-сухого состояния (соответствующего 15—18 % влажности) усушка составит примерно полови¬ну своего максимального значения. При высушивании до комнатно-cyxoro состояния (т. е. влажности 8—10%) усушка составит три четверти максимальной.
Усушка и разбухание древесины вызывают коробле¬ние и растрескивание лесных материалов.
Коробление деревянных изделий является следствием разницы в усушке древесины в тангенциальном и радиальном направлениях и неравномерности высыхания. Неравномерность усушки и коробление вызывают появление внутренних напряжений в древесине и растрескивание пиломатериалов и бревен. Широкие доски коробятся больше, чем узкие, поэтому для настилки пола и столярных изделий применяют доски шириной 10— 12 см.
Для предотвращения коробления и растрескивания деревянных изделий используют древесину с той равно¬весной влажностью, которая будет в условиях эксплуатации. Например, для столярных изделий влажность древесины не должна превышать 8—10%, а для наружных конструкций 15—18 %. Чтобы защитить древесину от по¬следующего увлажнения, ее покрывают красками, лаком и эмалями.
В круглом лесе и пиломатериалах трещины усушки образуются, в первую очередь, на торцах. Для уменьшения растрескивания торцы бревен, брусьев, досок обмазывают смесью из извести, соли и клея или другими составами.
Теплопроводность сухой древесины незначительна: сосны поперек волокон — 0,17 Вт/(м °С); вдоль воло-кон 0,34 Вт/(м °С). Теплопроводность древесины зависит от ее пористости, влажности и направления потока теплоты. Теплозащитные свойства древесины широко ис¬пользуются в строительстве.

2. Механические свойства древесины

Прочность древесины определяют путем испытания малых чистых (без видимых пороков) образцов древесины. Минимальное количество образцов для проведения испытания вычисляют по формулам в зависимости от ко¬эффициента вариации изучаемого свойства.
Показатели прочности древесины должны быть пере¬считаны на влажность 12% (в случае необходимости — на влажность 15%). Прочность древесины понижается, когда ее влажность возрастает от 0 до 30 % (до предела гигроскопичности), при этом в интервале влажности 8—20 % понижение прочности пря¬мо пропорционально приросту влажности
R12 = Rw[1+α(W-l2)],
где Rw — предел прочности образца с влажностью W в момент испытания; R12— то же, при влажности 12%; α — коэффициент снижения прочности древесины при увеличении ее влажности на 1 %.
После того как древесина достигла предела гигро¬скопичности (30%), дальнейшее увеличение влажности не влияет на ее прочность, поэтому пре¬дел прочности образца с влажностью, равной и больше предела гигроскопичности, пересчитывают к влажности 12 % по формуле
R12 = Rwk12 ,
где k12 — пересчетный коэффициент для данной породы дерева.
Прочность древесины характеризуется пределами ее прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе, скалывании. Кроме того, могут определяться условный предел прочности при местном смятии и предел прочно¬сти при перерезании поперек волокон.
Прочность на сжатие определяют путем испытания образцов, имеющих форму параллелепипеда с основани¬ем 20x20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм. Определяют пределы прочности древесины вдоль и поперек волокон. Прочность древесины на сжа¬тие вдоль волокон в 4—6 раз больше ее прочности попе¬рек волокон. Например, предел прочности при сжатии образцов воздушно-сухой сосны вдоль волокон около 100 МПа, а поперек волокон - 20…25 МПа.
Предел прочности древесины при растяжении вдоль волокон в среднем в 2,5 раза превосходит соответствующий предел прочности при сжатии.
Прочность при статическом изгибе древесины очень высокая: она примерно в 1,8 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон и составляет около 70 % прочности при растяжении, поэтому древесина (балки, настилы и т. п.) чаще всего работает на изгиб. К тому же дерево стойко к концентрации напряжений ввиду наличия внутренних поверхностей раздела между волокнами.
Древесина по своей удельной прочности конкурирует с современными конструкционными материалами. Однако использовать высокую прочность древесины не так легко, поскольку сучки, трещины и другие пороки сильно снижают ее механические свойства. В этом отношении большие возможности дает применение древесины в клееных деревянных конструкциях.
Прочность древесины при скалывании имеет большое значение при устройстве врубок, клеевых швов и т. п. в деревянных конструкциях. Для определения предела прочности при скалывании используют специальные образцы и приспособления. Предел прочности при скалывании вдоль волокон для основных древесных пород составляет 6—13 МПа, а при скалывании поперек волокон в 3—4 раза выше. Кроме этих испытаний, может определяться предел прочности древесины при перерезании поперек волокон.
Статическая твердость численно равна нагрузке, которая необходима для вдавливания в образец древесины половины металлического шарика радиусом 5,64 мм (при этом площадь отпечатка равна 1 см2). Твердость древесины по торцу на 15—50 % выше, чем в радиальном и тангенциальном направлениях. Мягкие по¬роды (сосна, ель, пихта, ольха) имеют торцовую твердость 35—50 МПа, твердые породы (дуб, граб, береза, ясень, лиственница и др.) - 50—100 МПа, очень твердые (кизил, самшит) - более 100 МПа.
Твердые породы труд¬нее обрабатываются, но зато они обладают повышенной износостойкостью и лучше удерживают шурупы. Определяют также ударную твердость. Твердость древесины понижается при увлажнении, в связи с этим статическую и ударную твердость пересчитывают на влажность 12%. Модуль упругости при статическом изгибе ЕW древесины влажностью W определяют, нагружая образец, покоящийся на двух опорах, двумя сосредоточенными силами. Модуль упругости образца с естественной влажностью пересчитывают на влажность 12 %.
Модуль упругости воздушно-сухой сосны и ели 10000—15000 МПа и он возрастает с увеличением плотности древесины, а увлажнение его снижает. Известно, что гнуть сырую древесину легче, чем сухую. Значительно облегчает гнутьё древесины пропаривание — это удобный способ нагрева древесины без ее высушивания.
Особенностью древесины является ползучесть, кото¬рая ярче всего проявляется во влажных условиях. Как следствие ползучести — постепенное увеличение деформаций (прогибов, балок, провисание тесовых крыш и т. п.) при длительном действии нагрузки.

 
Форум » Test category » Материаловедение » Лесные материалы. Физич. и механич. свойства древесины (43 вопрос)
  • Страница 1 из 1
  • 1
Поиск:

Конструктор сайтов - uCoz