Розділ «2.4. Методика дослідження механічних властивостей круглих лісоматеріалів з вадами»

Таблиця 2.4. Відносна поперечна деформація в різних місцях зразка W>30 %

У присучковій зоні на ділянках 6 та 7; 8 та 11 поперечна деформація в 9-10 разів перевищує деформацію на ділянці 12. У межах сучка у розтягнутій зоні (точки 9, 10), стиснутій (точки 3, 4) та перехідних зонах деформація майже однакова та дорівнює деформації присучкової зони на ділянках 8 та 11. Така деформація свідчить про нерівномірність розподілу напружень у різних перерізах зразка з сучками, тому її за стискання зразка вирішено вимірювати у трьох місцях. Одну базу вимірювання розташувати між сучками у місцях з поздовжнім напрямком волокон, другу - вздовж поздовжнього діаметра самого великого сучка у мутовці, де спостерігалася найбільша деформація, третю - вздовж самого малого сучка, що дасть можливість визначити середню величину деформації (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Зразок із закріпленими тензодатчиками

Для виявлення межі міцності за стиску вздовж волокон на зразках з вологістю - Ш>30 % тріщини утворювали штучно. Н. Л. Леонтьев [6] проводив дослідження для малих чистих зразків розпилюючи їх навпіл, а потім склеюючи половинки, залишаючи не склеєними деякі проміжки різної довжини. В. П. Левченко [128] досліджував зразки великих розмірів розпилюючи їх навпіл, а потім зв'язуючи. Однак, під час розпилювання колод порушується цілісність волокон, тому був застосований метод розколювання деревини, а потім її зв'язування (рис. 2.17, а). Таким чином було утворено дві бокові тріщини.

Як контрольні були взяті цілі зразки з тією ж вологістю. Для визначення межі міцності колод з однією боковою тріщиною, були відібрані зразки з природніми тріщинами всихання, та на частині зразків вони утворювалися штучно, методом розпилювання на 2/3 глибини колоди (рис. 2.17, б) . Діаметр зразків при стисканні вздовж волокон визначали як середнє значення двох вимірювань на торцевих зрізах; за статичного згину -за величиною двох кіл, виміряних на відстані 150 мм по обидві сторони мутовки.

Рис. 2.17. Зразки деревини з тріщинами для випробування на стиск вздовж волокон: а) з двома тріщинами; б) з однією тріщиною Випробування на згин проводилися за схемою одноточкового навантаження (рис. 2.18) на випробувальній машині німецького виробництва 2Б-40.

Рис. 2.18. Схема випробування зразків на згин: 1 - зразок; 2- прикладання зусилля; 3 - опори.

Величина межі міцності деревини залежить від швидкості прикладання навантаження під час випробувань, форми та розмірів поперечного перерізу та гідротермічного стану зразків.

Відомо, що міцність деревини, залежить від швидкості навантаження у момент випробування зразка. Тому у всіх стандартах на методи випробування регламентовано цей фактор. За малих швидкостей випробування межа міцності знижується, отже, є деяка межа довгострокового навантаження, яку даний зразок може витримати на протязі необмеженого терміну експлуатації. Ця умова відповідає швидкості прикладання навантаження, яка дорівнює нулю [87]. За даними Н. Л. Леонтьева [129] міцність деревини лінійно залежить від логарифму часу Іп, дії навантаження. Цей факт узгоджується з кінетичною концепцією міцності твердого тіла. Протягом досліджень впливу швидкості навантаження на результати випробувань В. Н. Волинський [87] відмічав виникнення ще одного важливого фактору - швидкості навантаження в МПа/с, або швидкості деформування в 1с. Він вважав, що їх вплив на механічні показники є ідентичним.

Тутурин С. В. [130] під час досліджень міцності балок сосни різного поперечного перерізу на стиск вздовж волокон, встановив, що за швидкості навантаження у межах від 0,1 до 5 мм/хв, суттєвих відмінностей у формі кривих, при досягненні критичних значень навантажень і деформацій, відмічено не було. Тому рекомендував швидкість навантаження не більше 2 мм/хв.

У разі випробувань малих контрольних зразків межу міцності деревини визначають звичайно за швидкості навантаження та температурно-вологісного стану, які рекомендовано в стандартах.

Для круглих зразків з чистою деревиною та з вадами рекомендацій щодо швидкості навантаження при випробуваннях немає, тому були проведені попередні випробування для визначення швидкості навантаження.

Було випробувано чотири пари зразків за швидкостей навантаження - 100, 50 та 0,5 мм/хв (рис. 2.19).

Визначено, що межа міцності змінюється залежно від швидкості навантаження та збільшується з її збільшенням, прагнучи до верхньої межі, тобто до абсолютного значення, а при повільному навантаженні - до нижнього значення або межі довготривалого опору.

Рис. 2.19. Експериментальні криві впливу швидкості навантаження за стискання вздовж волокон

Для визначення впливу швидкості на деформації чистої деревини та деревини з сучками проведені аналогічні випробування. Результат деформацій деревини за прийнятих швидкостей навантажень наведений на рис. 2.20. За всіх швидкостях навантаження величина деформацій була більшою у деревині з сучками. Зі зменшенням швидкості навантаження та збільшенням навантаження деформація деревини з сучками збільшується більш різко (крива 3').

Рис. 2.20. Експериментальні криві впливу швидкості навантаження за стискання вздовж волокон

У зв'язку з тим, що криві зміни межі міцності о, МПа чистої деревини та деревини з сучками та деформації мають однаковий характер та відрізняються лише за величиною масштабу для випробувань на стиск вздовж волокон прийнято швидкість навантаження V, мм/хв, яку рекомендовано у стандартах [120, 131], що дало можливість співставляти отримані результати з відомими для малих зразків.

Для визначення необхідної кількості зразків для випробування були проведені попередні досліди з метою встановити коефіцієнт варіації. Для різних діаметрів стовбурів він коливався в межах від 15 до 29 %. Для зменшення впливу невидимих вад (смоляних кишеньок, елементів кренєвої деревини, відхилення волокон тощо) кількість випробуваних зразків було збільшено. Для визначення впливу здорових зрослих з деревиною сучків на межу міцності за стиску вздовж волокон було випробувано 884 парних круглих зразка, у тому числі 400 контрольних. Діаметр зразків коливався у межах від 7 до 26 см. Висота зразків прийнята рівною двом діаметрам. Розміри найбільших сучків коливалися у межах від 43 до 129 мм (табл. 2.5).

Таблиця 2.5. Методична сітка досліду для визначення межі міцності за стиску вздовж волокон