Средняя и минимальная прочность изделий из древесины
Особого внимания заслуживают неоднородности древесины «четвертого» рода: многочисленные поры в стенках, капилляры, расположенные вдоль фибрилл, которые зачастую заполнены влагой, отклонения от регулярной субмикроструктуры и т. д. Анализ их влияния имеет первостепенное значение, потому что изделия из древесины любых размеров включают полный комплекс неоднородностей данного рода. Их наличие не может не сказаться на механических свойствах древесины в любых объемах. Как свидетельствуют исследования, разрушению деревянных образцов при растяжении вдоль волокон предшествует разрыв трахеид в сечениях, ослабленных порами. Связи между трахеидами в продольном направлении значительно прочнее стенок трахеид, пронизанных большим количеством пор, поэтому стыки трахеид не являются очагами разрушения. В процессе растяжения деревянных образцов вдоль волокон замечено в ряде случаев расщепление слоев фибрилл в зоне разрушения стенок трахеид. По-видимому, разрыву фибрилл предшествуют их сдвиги относительно друг друга. Возникновение сдвигов фибрилл легко объясняется тем, что между их слоями в продольном направлении имеются капилляры, в которых содержится связанная влага, если древесина находится во влажном состоянии. Наличие влаги в капиллярах облегчает сдвиги фибрилл (их скольжение) относительно друг друга в продольном направлении, что приводит в дальнейшем при больших смещениях к разрыву фибрилл. Наблюдения показывают, что при растяжении вдоль волокон разрыв сухой древесины более гладкий, чем влажной. Продольные смещения фибрилл способствуют их расслоению и разрыву не в одном сечении, а в различных, т. е. в зоне разрушения получаем комплекс расщепленных слоев и отдельных фибрилл различной длины. При разрушении образцов из сухой древесины сдвиги перед разрушением затруднены ввиду усиления поперечных связей фибрилл, что приводит к более (гладкому разрыву при существенно большем усилии и меньшей деформации. Следовательно, влияние таких неоднородностей, как поры и капилляры в стенках трахеид, весьма существенно сказываются даже при испытании изделий достаточно больших размеров.
Как видно из приведенных рассуждений, разрушение изделия из древесины любого объема при растяжении вдоль волокон зарождается в окрестности указанных неоднородностей, причем влияние каждой из них неодинаково. Разрушение начинается прежде всего в окрестности наиболее резко выраженной неоднородности. Местную прочность древесины в данной точке будем считать минимальной. Ввиду большого количества неоднородностей и различной степени их опасности средняя прочность стенок трахеид при растяжении вдоль волокон отличается от минимальной. Нарушение прочности в отдельных точках обычно вызывает перераспределение напряжений, разрушение локализуется, образец получает некоторое остаточное (необратимое) удлинение.
Для развития процесса разрушения необходимо дополнительное повышение уровня напряжений до тех пор, пока не будет исчерпана способность материала локализовать разрушение. В этом случае средний уровень напряжений, определенный для стенок трахеид, принятых сплошными и однородными, будет определять их прочность, которую в дальнейшем назовем средней прочностью стенок трахеид. Нетрудно понять, что значение средней прочности стенок трахеид при растяжении вдоль волокон будет (выше их местной минимальной прочности.
Объем изделия из древесины включает, кроме неоднородностей «четвертого» рода, неоднородности «третьего» рода. Отклонения от регулярной микроструктуры древесины создают дополнительные очаги разрушения, но объему гораздо большие очагов описанных субмикроразрушений.
Средняя и минимальная прочность изделий из древесины при растяжении .вдоль волокон в этом случае уменьшается по следующим причинам: во-первых, наличие полостей трахеид уменьшает площадь сечения изделия и снижает показатели прочности, определенные при условии рассмотрения этих изделий как сплошных; во-вторых, неоднородности «третьего» рода в дополнение к вышеназванным неоднородностям «четвертого» рода также будут способствовать уменьшению показателей прочности. При этом с увеличением размеров изделия в указанных выше пределах отрицательное влияние неоднородностей будет сказываться резче, так как вероятность наличия наиболее крупных неоднородностей в большем объеме повышается.
Рассматривая изделия из древесины на этом уровне, следует учитывать размеры трахеид, составляющих регулярную ячеистую структуру; при этом зоны поздней и ранней древесины должны рассматриваться раздельно. Каждая из указанных зон должна иметь показатели минимальной и средней прочности.
При анализе прочности и деформируемости изделий из древесины объемом, находящимся в пределах от 1 мм3 до 1 см3, кроме неоднородностей «четвертого» и «третьего» рода, необходимо учитывать неоднородности «второго» рода. Минимальная прочность изделия в этом случае ниже минимальной прочности изделий с объемом от 0,005 до 1 м3. Так же будет уменьшаться и средняя прочность изделия. Это объясняется тем, что в процессе деформирования изделий будут возникать дополнительные очаги разрушения в окрестности неоднородностей «второго» рода.
Для изделий из древесины объемом 1 см3 характерна оценка минимальной и средней прочности в случае наличия «чистой» древесины и древесины с неоднородностями «первого» рода (пороками). Это связано с тем, что пороки в процессе изготовления изделия могут быть большей частью удалены из изделия. Минимальная прочность изделия этих размеров из «чистой» древесины будет мало отличаться от минимальной прочности изделий объемом от 1 мм3 до 1 см3, возможные отклонения должны наблюдаться только в сторону снижения показателей. Это связано с тем, что полностью неоднородности «первого» рода нельзя удалить из изделия. Средняя прочность изделий при объеме меньше 1 см3 существенно ниже средней прочности изделий объемом от 1 мм3 до 1 см3. Указанное обстоятельство объясняется большим содержанием неоднородностей «второго» рода, среди которых вероятность встретить наиболее резко выраженную неоднородность гораздо нише. Кроме того, не полностью удаленные пороки также отрицательно влияют па среднюю и минимальную прочность. Изделия из древесины объемом больше 1 см3, содержащей пороки, имеют самые наименьшие значения средней и минимальной прочности.
Загрузка ...