Факультет

Студентам

Посетителям

Деформативность древесины

При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, исчезающие после разгрузки; остаточные деформации сравнительно малы.

При кратковременных нагрузках (до определенного предела) наблюдается близкая к линейной зависимость между напряжениями и деформациями, т. е. древесина подчиняется закону Гука. Показателями деформативности древесины служат модули упругости, модули сдвига и коэффициенты поперечной деформации. Для определения модулей упругости при испытаниях необходимо измерять не только нагрузку, но и деформации.

Модули упругости древесины зависят от породы. Вдоль волокон модуль упругости в 20-25 раз выше, чем поперек волокон. В радиальном направлении поперек волокон модуль упругости на 20-50% выше, чем в тангенциальном.

Модули сдвига представляют собой коэффициенты пропорциональности между касательными напряжениями и угловыми деформациями. При растяжении или сжатии стержня его удлинение или укорочение сопровождается соответственно сужением или расширением стержня в поперечном направлении.

Реологические свойства древесины. Основные вещества, слагающие древесину, представляют собой природные полимеры с длинными гибкими цепными молекулами. Поэтому механические свойства древесины, так же как и других полимеров, должны изучаться на базе реологии (от гр. rheos — течение и logos — наука). Реология рассматривает общие законы деформирования материалов под действием нагрузки с учетом фактора времени. При кратковременных нагрузках древесина, как уже отмечалось, обладает свойствами сравнительно жесткого малодеформируемого тела. При увеличении времени действия нагрузок древесина ведет себя как весьма податливое тело, деформации которого довольно велики.

Было установлено, что под действием постоянной нагрузки, кроме упругой деформации, появляющейся в древесине немедленно после приложения нагрузки, с течением времени развиваются эластические деформации и остаточные деформации ползучести. Упругие и эластические деформации составляют обратимую часть общих деформаций. Они исчезают после снятия нагрузки (упругие деформации — сразу, а эластические — по истечении некоторого времени). Деформации ползучести (необратимая часть общих деформаций) сохраняются в древесине после снятия нагрузки при длительной выдержке в среде с постоянной температурой и влажностью.

Реологические показатели, характеризующие закономерности развития упругоэластических деформаций (мгновенный и длительный модули упругости, а также время релаксации), с повышением влажности и температуры древесины уменьшаются, что свидетельствует об увеличении ее податливости.

Гигро- и термомеханические деформации древесины. Увлажнение или нагревание нагруженной древесины приводит к увеличению общей деформации из-за снижения жесткости древесины. При этом образуются так называемые влажностно-силовые или температурно-силовые деформации. При последующей сушке или охлаждении они не исчезают и общая деформация нагруженной древесины сохраняется неизменной. После разгрузки обнаруживаются «замороженные» деформации. Поскольку они обусловлены превращением упругоэластических, т. е. обратимых деформаций, увлажнение или нагревание древесины приводит к их «размораживанию», исчезновению.

Таким образом, «замороженные» деформации образуются вследствие временной перестройки структуры древесины под управляющим воздействием нагрузки в процессе высыхания или охлаждения. Они вызывают эффект деформационной «памяти» древесины на температурно-влажностные воздействия, подробно исследованный в МЛТИ — МГУЛ автором совместно с Э. Б. Щедриной, Г. А. Горбачевой и Н. В. Скуратовым. Древесина «запоминает» также вид нагрузки и соответствующие ему деформации сжатия или растяжения. Нагревание (увлажнение) разгруженного объекта из древесины почти полностью восстанавливает его форму и размеры.

«Замороженные» деформации учитывают при расчете сушильных напряжений. В остаточные деформации после сушки древесины, обозначаемые в мировой литературе как «сет-деформации», кроме «замороженных» деформаций входят также необратимые деформации ползучести.

При многократных циклических изменениях влажности нагруженной древесины жесткость (и прочность) ее снижается, т. е. наблюдается гигроусталость. Это явление было исследовано автором совместно с Н. В. Скуратовым и Л. В. Поповкиной при растяжении ели в тангенциальном направлении поперек волокон. После шести циклов увлажнения-сушки в пределах от 20 до 12 % при напряжениях 1,2 МПа модуль упругости снизился примерно на 30%.

Гигроусталость необходимо учитывать при использовании древесины в строительных конструкциях.

Данные о деформативности древесины поперек волокон, определенные в МЛТИ при реологических испытаниях, используются для расчета сушильных напряжений в пиломатериалах, при обосновании режимов резания древесины и для других целей.