Прочность древесины при растяжении вдоль волокон. Прочность при растяжении вдоль волокон определяют на образце, форма и размеры которого показаны на рис. 65.

Рис. 65. Форма и размеры (в мм) образца для испытаний на растяжение вдоль волокон

Заготовки для образца получают путем выкалывания (а не выпиливания), чтобы избежать перерезания волокон. В образце перед испытанием измеряют с точностью до 0, 1 мм ширину а и толщину b рабочей (средней) части в трех местах: посредине длины и на расстоянии 35 мм в обе стороны от середины, вблизи головок. Из полученных величин а и b вычисляют арифметическое среднее.

Машина для испытаний должна иметь самоустанавливающуюся головку; вполне пригодна описанная выше 5-тонная машина ГЗИП при грузе и шкале на 2, 5-5 т. Образец зажимают между рифлеными щеками машины таким образом, чтобы часть каждой головки оставалась свободной на протяжении 20- 25 мм. Перед укреплением между щеками в каждую головку образца вставляют стальную цилиндрическую пробку высотой 18 мм, предохраняющую головку от чрезмерного смятия во время испытания. Нагружение производится равномерно на весь образец со средней скоростью 1500 кг ± 25% в минуту. Образец доводят до разрушения и по шкале машины отсчитывают максимальный груз Р с точностью 5 килограммов. Предел прочности вычисляется с точностью 5 кг/см² по формуле:

Рис. 66. Вид разрушения образцов при растяжении вдоль волокон: сверху - защепистый разрыв; внизу - раковистый

Влияние влажности при растяжении вдоль волокон незначительно: поправочный коэфициент на влажность для древесины лиственных пород равен 0, 015 (1, 5%), для древесины же хвойных пород поправка на влажность вообще не вводится ввиду еще меньшего ее влияния в этих случаях.

Деформация при растяжении выражается в некотором (весьма незначительном) удлинении образца; разрушение происходит в виде разрыва тканей, причем при высокой прочности разрыв бывает длинноволокнистым или защепистым, а при низкой прочности - раковистым, почти гладким (рис. 66).

Древесина обладает высокой прочностью при растяжении вдоль волокон; среднюю величину ее для древесины разных пород можно принять в 1200-1500 кг/см². Однако использовать это свойство в полной мере весьма затруднительно из-за сложности закрепления концов детали, где развиваются скалывающие напряжения и происходит смятие древесины. Так как древесина плохо сопротивляется этим видам действия сил, то практически разрушение обычно происходит не в форме разрыва, а в местах закрепления детали - в виде скалывания или смятия. Вследствие этого древесина сравнительно редко применяется для работы на растяжение вдоль волокон. В качестве примера деталей, работающих на растяжение, можно указать на затяжки стропильных ферм, оглобли и дышла повозок, лопасти винта самолета (под действием центробежной силы) и пр.

Ввиду сравнительной сложности испытания на растяжение вдоль волокон производятся редко, поэтому свойство это изучено недостаточно и данных для характеристики прочности древесины при растяжении вдоль волокон накоплено мало.

В табл. 40 приведены цифры, характеризующие прочность древесины при растяжении вдоль волокон при 15% влажности для некоторых из наших лесных пород.

Таблица 40

Предел прочности при растяжении вдоль волокон

Прочность древесины при растяжении вдоль волокон подвержена довольно сильным колебаниям даже для древесины одной и той же породы. Это объясняется тем, что на прочность при растяжении существенное влияние оказывают особенности строения древесины; малейшее отклонение от правильного расположения волокон влечет за собой заметное уменьшение прочности. В литературе имеются также указания на значение размеров анатомических элементов; так, по указанию Н. А. Филиппова, древесина ели обнаруживает более высокую прочность при растяжении вдоль волокон, чем древесина пихты, вследствие большей длины трахеид у ели. Оказывает влияние и химический состав клеточных оболочек: повышение содержания лигнина вызывает снижение прочности при растяжении.

Предел пропорциональности при растяжении вдоль волокон весьма близок к величине предела прочности. Прежде даже полагали, что пропорциональность между напряжением и деформацией наблюдается до разрушения образца. Однако современные, более точные опыты показали, что предел пропорциональности, например, для древесины бука составляет примерно 0, 85 от величин предела прочности. На рис. 67 показана диаграмма испытания на растяжение вдоль волокон древесины сосны, причем на вертикальной оси отложены нагрузки, а на горизонтальной оси - деформации (удлинение).

Рис. 67. Диаграмма растяжения вдоль волокон древесины сосны

Как видим, диаграмма имеет участок, близкий к прямой линии. Это указывает на существование пропорциональности между напряжением и деформацией, которая нарушается лишь при напряжении, близком к разрушающему. При этом нужно заметить, что древесина лишь условно подчиняется закону Гука, вследствие чего величина предела пропорциональности для древесины является также величиной условной. Предел пропорциональности при растяжении вдоль волокон составляет от величины предела - прочности 0, 83 для древесины хвойных пород (лиственница, сосна, пихта) и 0, 70 для лиственных кольцепоровых (дуб, ясень).

Прочность древесины при растяжении поперек волокон. Для наших пород прочность древесины при растяжении поперек волокон почти не изучена, хотя метод испытания включен в ОСТ НКЛ 250.

Для испытаний применяется образец, форма и размеры которого показаны на рис. 68.

В образце измеряется его ширина а и толщина в шейке (посредине высоты) с точностью 0, 1 мм. Образец укрепляется в захватах соответствующей формы (на рис. 68 захваты показаны пунктиром). Захваты во время испытания должны иметь возможность боковых перемещений, поэтому укрепляются в головках машины шарнирно. Нагружение производят со скоростью 250 кг ± 20% в минуту на весь образец, который доводится до разрушения. По шкале машины отсчитывается максимальный груз с точностью I кг. Предел прочности подсчитывается с точностью 1 кг/of² по формуле:

Средний поправочный коэфициент на влажность для древесины всех пород при радиальном растяжении равен 0, 01 и при тангентальном растяжении 0, 025.

Рис. 68. Форма и размеры (в мм) образца для испытаний на pacтяжение поперек волокон; пунктиром показаны захваты для укрепления образца в машине

Испытание можно осуществить на 5-тонной машине ГЗИП при грузе и шкале на 500 кг. В этом случае захваты, удерживающие образец, укрепляются в головках машин. Испытания на растяжение поперек волокон можно производить как в радиальном (усилие направлено по сердцевинным лучам), так и в тангентальном усилие направлено по касательной к годовым слоям) направлениям; прочность при радиальном растяжении оказывается несколько выше, чем при тангентальном.

В табл. 41 приведены ориентировочные цифры, характеризующие прочность при растяжении поперек волокон при 15% влажности древесины некоторых наших лесных пород (по данным ЦНИИМОД).

Как видим, древесина обладает весьма малой прочностью при растяжении поперек волокон, составляющей в среднем 1/30 от величины прочности при растяжении вдоль волокон; при наличии же трещин в направлении плоскости разрушения прочность может упасть до нуля. Вследствие этих причин древесина не применяется для работы на растяжение поперек волокон.

Предел прочности при растяжении поперек волокон

Рассматриваемый вид прочности имеет значение для характеристики склонности древесины к растрескиванию при высыхании, когда в ней под влиянием неравномерной усушки возникают напряжения на растяжение поперек волокон (тангентальное). Этим объясняется включение метода испытаний на растяжение поперек волокон в стандарты на методы механических испытаний древесины.