задачи товароведение лесноеъ. Внииб) зам генерального директора, кандидат технических наук Ф. П. Шпаков ), завлабораторией лесовосстановления кандидат сельскохозяйственных наук, О. И. Антонов (фгу СПбниилх)
 Скачать 1.47 Mb.
|
|
21 Механические свойства древесины очень сильно зависят от влажности и обладают сильно выраженной анизотропией. Значения механических свойств в справочниках представляются при влажности древесины более 30% и при стандартной влажности 12%. Пересчет показателей механических свойств на стандартную влажность производится по формуле где σ 12 – прочность при стандартной влажности σ W – прочность при влажности древесины в момент испытания W – влажность в момент испытания α– поправочный коэффициент на влажность. Прочность древесины на сжатие вдоль волокон определяется на стандартных образцах примерным размером 20×20×30 мм (последний размер вдоль волокон. Прочность древесины на растяжение вдоль волокон определяется на стандартных образцах сложной формы с примерным размером работающего на разрыв сечения 20×4 мм. Прочность древесины на сжатие вдоль волокон и на растяжение вдоль волоконрассчитывается по уравнению где σ W – предел прочности при влажности древесины в момент испытания W , МПа P max – максимальная нагрузка, выдержанная образцом до разрушения, Н (или кгс); S – площадь сечения работающей поверхности, м 2 ( П р им е чан и е : 1 кгс = 9,80665 Н 1 Па = 10 –4 Н/см 2 = 1,01972·10 –5 кгс/см 2 ). Коэффициент α для испытаний на сжатие вдоль волокон принимается равным 0,04, а для испытаний на растяжение вдоль волокон 0,01. Прочность древесины на сжатие поперек волокон (условный предел прочности) рассчитывается по аналогичному уравнению коэффициент α принимается равным 0,035. Условный предел прочности при сжатии поперек волокон для всех пород примерно враз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон. Коэффициент α для испытаний на растяжение поперек волокон принимается равным 0,025. В среднем предел прочности древесины при растяжении поперек волокон составляет примерно 1/20 предела прочности при растяжении вдоль волокон. Прочность древесины при статическом изгибе определяется на стандартных образцах примерным размером 20×20×300 мм (последний размер вдоль волокон. Она определяется по формуле , 2 3 σ 2 max h b l P W ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = 22 где σ W – предел прочности при влажности древесины в момент испытания W, МПа P max – максимальная нагрузка, выдержанная образцом до разрушения, Н (или кгс); l – расстояние между опорами, равное 240 мм b – ширина образца на поперечном сечении (радиальное направление, мм h – высота образца на поперечном сечении (тангенциальное направление, мм. Коэффициент α для данного испытания составляет 0,04. Прочность на статический изгиб при направлении волокон не вдоль образца, а поперек – значительно ниже у сосны и ели составляет всего 4–5%, ау бука – около 20 % предела прочности при обычном изгибе. Прочность древесины на скалывание определяется на стандартных образцах сложной формы с примерным размером работающего на сдвиг сечения мм (последний размер вдоль волокон) и рассчитывается по уравнению где τ W – предел прочности при влажности древесины в момент испытания W , МПа P max – максимальная нагрузка, выдержанная образцом до разрушения, Н (или кгс); S – площадь сечения работающей поверхности, м 2 Коэффициент α для скалывания вдоль волокон равен 0,03. Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого твердого тела рассчитывается по формуле 2 c π где c W H – статическая твердость при влажности W, Па (или Н/мм 2 ); Р – максимальная нагрузка в момент полного вдавливания сферической полусферы, Н (или кгс); r – радиус вдавливаемой полусферы, r = 5,64 мм. Коэффициент α при испытаниях на твердость равен 0,03. Статическая твердость торцовой поверхности выше, чем боковых поверхностей у хвойных пород в среднем на 40%, у лиственных – на 30%. Ударная вязкость определяется на стандартных образцах примерным размером 20×20×300 мм (последний размер вдоль волокон) и рассчитывается по формуле где A – ударная вязкость при влажности W, Дж/см 2 ; Q – работа, затраченная на излом образца, Дж b – ширина образца (тангенциальное направление, см h – высота образца (радиальное направление, см. Коэффициент α при испытаниях на ударную вязкость равен 0,02. Обычно при испытании древесины на ударную вязкость нагрузка прикладывается в тангенциальном направлении. При радиальном изгибе ударная вязкость древесины хвойных и лиственных кольцесосудистых пород на 20–50 % больше. Износостойкость древесины определяется на образцах размером 50×50×20 мм (последний размер по высоте образца) по показателю истирания, который рассчитывается по формуле , 1 где t – истирание древесины, мм h – высота образца до испытания, мм m 1 – масса образца до испытания, г m 2 – масса образца после испытания, г. Удельные характеристики механических свойств древесины используются для сравнительной оценки качества древесины (раньше назывались коэффициентами качества. Определяются по уравнению где σ – соответствующий показатель механических свойств древесины прочность σ или τ в кПа, жесткость – модуль упругости Е при сжатии вдоль волокон – в МПа, ударная вязкость при изгибе А – в Дж/см 2 , твердость Н – в Н/см 2 ); ρ – плотность данной древесины, кг/м 3 ПРИМЕРЫ: 1 . Определить прочность на сжатие вдоль волокон и удельную характеристику прочности при сжатии вдоль волокон древесины березы влажностью, если размеры образца радиальный – 19,63 мм, тангенциальный мм, вдоль волокон – 30,14 мм. Масса образца 7,54 га максимальная нагрузка, которую он выдержал до разрушения, составила 2080 кгс. Чему равна примерная прочность данной древесины при сжатии поперек волокон Решение Предел прочности на сжатие вдоль волокон древесины березы влажностью рассчитывается по уравнению ÌÏà 27 , 50 ñì êãñ 6 , 512 963 , 1 067 , 2 Плотность данной древесины в момент испытания составляет ì êã 5 , 616 ñì ã 6165 , 0 014 , 3 963 , 1 067 , 2 54 , 7 ρ 3 Удельная прочность на сжатие равна 54 , 81 ì êã 616,5 êÏà 50270 ρ σ 3 = = = K 24 Условный предел прочности данной древесины при сжатии поперек волокон примерно равен 1/10 прочности на сжатие вдоль волокон, то есть 50,27 · 1/10 = 5,03 МПа. 2. Определить прочность древесины ели при растяжении вдоль волокон, если сечение рабочей части образца 20,34×4,08 мм, влажность древесины в момент испытания 10,8 %, а максимальная нагрузка, которую выдержал образец до разрушения, составила 940 кгс. Чему равен предел прочности данной древесины при стандартной влажности Чему равна примерная прочность этой же древесины при растяжении поперек волокон Решение Предел прочности на растяжение вдоль волокон древесины ели влажностью рассчитывается по уравнению ÌÏà 08 , 111 ñì êãñ 7 , 1132 408 , 0 034 , 2 В пересчете на стандартную влажность предел прочности составит ( ) [ ] ( ) [ ] ÌÏà 74 , 109 12 8 , 10 01 , 0 1 08 , 11 Предел прочности данной древесины при растяжении поперек волокон примерно равен 1/20 прочности на растяжение вдоль волокон, то есть 109,74·1/20 = 5,4 9 МПа. 3 . Определить прочность древесины сосны при статическом поперечном изгибе, если размеры образца радиальный = 20,23 мм, тангенциальный мм, вдоль волокон = 295 мм, влажность древесины в момент испытания 8,7%, а максимальная нагрузка, которую выдержал образец до разрушения, составила 230 кгс. Чему равен предел прочности данной древесины при стандартной влажности Решение Предел прочности на статический поперечный изгиб древесины сосны влажностью 8,7% рассчитывается по уравнению ( ) ÌÏà 55 , 99 ñì êãñ 1 , 1015 ñì 008 , 2 ñì 023 , 2 2 ñì 0 , 24 êãñ 230 3 2 3 σ 2 В пересчете на стандартную влажность предел прочности составит ( ) [ ] ( ) [ ] ÌÏà 41 , 86 12 7 , 8 04 , 0 1 55 , 99 12 α 1 σ σ 12 = − ⋅ + ⋅ = − ⋅ + ⋅ = W W 4. Определить прочность древесины клена при скалывании вдоль волокон, если размеры площади скалывания 20,98×30,84 мм, влажность древесины в момент испытания 14,8 %, а максимальная нагрузка, которую выдержал образец до разрушения, составила 1270 кгс. Чему равен предел прочности данной древесины при стандартной влажности 25 Решение Предел прочности на скалывание вдоль волокон древесины клена влажностью 14,8% рассчитывается по уравнению ÌÏà 25 , 19 ñì êãñ 3 , 196 084 , 3 098 , 2 В пересчете на стандартную влажность предел прочности составит ( ) [ ] ( ) [ ] ÌÏà 87 , 20 12 8 , 14 03 , 0 1 25 , 19 12 α 1 τ τ 12 = − ⋅ + ⋅ = − ⋅ + ⋅ = W W 5. Определить торцовую твердость древесины бука при стандартной влажности, если в момент испытания на образце размером 51,34×51,19×50,65 мм и влажностью 13,1% она составила 67,4 Н/мм 2 Определить примерную твердость радиальной и тангенциальной поверхностей этой же древесины. Решение В пересчете на стандартную влажность торцовая твердость древесины бука составит ( ) [ ] ( ) [ ] ìì H 6 , 69 12 1 , 13 03 , 0 1 4 , 67 12 α 1 2 c Твердость торцовой поверхности древесины лиственных пород примерно на 30% выше твердости радиальной и тангенциальной поверхностей. Поэтому твердость радиальной и тангенциальной поверхностей этой же древесины составит 69,6 : 1,3 = 53,5 Н/мм 2 6. Определить ударную вязкость древесины осины, если размеры образца радиальный – 20,47 мм, тангенциальный – 20,84 мм, вдоль волокон – 298 мм, влажность древесины в момент испытания 13,7%, а работа, затраченная на излом образца, составила 28 Дж. Чему равна ударная вязкость данной древесины при стандартной влажности Решение Ударная вязкость древесины осины влажностью 13,7% рассчитывается по уравнению ñì Äæ 56 , 6 084 , 2 047 , 2 28 В пересчете на стандартную влажность предел прочности составит ( ) [ ] ( ) [ ] ñì Äæ 78 6 12 7 13 02 0 1 56 6 12 1 2 12 , , , , W α A A W = − ⋅ + ⋅ = − ⋅ + ⋅ = 26 7. Определить износостойкость торцовой поверхности древесины сосны, если высота образца была 20,37 мм, масса до испытания 29,82 га масса после испытания 29,58 г. Решение Износостойкость характеризуется показателем истирания, который составляет Определение объема круглых лесоматериалов групповым методом Круглые лесоматериалы могут быть деловыми, если они предназначены для использования в круглом виде (строительные бревна, столбы, рудничная стойка и т.д.) или для последующей переработки в щепу, пилопро- дукцию, шпон и т.д., и дровяными, если они предназначены исключительно для получения тепловой энергии. Существуют различные методы группового определения объема круглых лесоматериалов геометрические методы, весовой метод, метод гидростатического взвешивания. В данном пособии рассматривается только один геометрический метод, основанный на ГОСТ 2292–88. При групповом измерении круглых лесоматериалов геометрическим методом по результатам измерений объем штабеля (поленницы) определяется в складочной мере (складочных м, а затем пересчитывается вплотную меру (м. При групповом измерении круглых лесоматериалов объем штабеля поленницы) в складочной мере определяется умножением его средней высоты H ср на длину L и на ширину b: м скл. , 3 ср скл b L Н V ⋅ ⋅ = Ширина штабеля принимается равной номинальной длине лесоматериалов ном, уложенных в штабель ном l b = Высоту штабеля деловых лесоматериалов по ГОСТ 2292–88 определяют как среднее арифметическое измерений высот через каждый 1 метр длины, а высоту поленницы дров (по ГОСТ 2292–88 и ГОСТ 3243–88) – через каждые м, ноне менее х измерений. По правилам других нормативных документов (например, ГОСТ Р 52117) на штабеле измерение высот может производиться с любым постоянным шагом, не превышающим 3 м. 27 Толщину подштабельных подкладок и прокладок (при их наличии) в высоту не включают (высота измеряется от верха подштабельных подкладок, а их объем, если они сделаны из тех же лесоматериалов, учитывают отдельно поштучным обмером. При влажности лесоматериалов в штабеле (поленнице) более 25% их высота должна иметь неучитываемую надбавку на усушку и усадку враз- мере 2% от высоты штабеля для деловых лесоматериалов и 3% для дров 1 Фактическую длину штабеля факт измеряют на штабеле как расстояние между его боковыми сторонами. При отсутствии в штабеле клеток, фактическая длина сразу подставляется в уравнение складочного объема. При наличии в штабеле клеток на их длину (кл) вводится поправка, компенсирующая более рыхлую укладку лесоматериалов в клетках, по сравнению с основной частью штабеля. При этом за расчетную длину клеток принимают 0,8 их фактически измеренной протяженности. Расчетная длина всего штабеля будет определяться по уравнению Высоту и фактическую длину штабелей (поленниц) факт измеряют в метрах с округлением до 0,01. Объем лесоматериалов в плотных м 3 (плотную меру) определяется умножением складочного объема на стандартный коэффициент полнодре- весности k ст (переводной коэффициент Для беспрокладочных штабелей деловых лесоматериалов нормальной кладки при длине сортиментов не болеем стандартные коэффициенты полнодревесности устанавливают в зависимости от породы, длины и степени окорки по табл. 1. Таблица Стандартные коэффициенты полнодревесности круглых деловых лесоматериалов по ГОСТ 2292–88 Порода Коэффициенты полнодревесности круглых деловых лесоматериалов в зависимости от степени окорки и длины скорой грубоокоренных окоренных длиной менее 1 м длиной от 1 дом длиной менее 1 м длиной от 1 дом длиной менее 1 м длиной от 1 дом Ель и пихта 0,71 0,69 0,76 0,74 0,78 0,76 Сосна 0,69 0,67 0,76 0,74 0,78 0,76 Лиственница 0,67 0,65 0,76 0,74 0,78 0,76 Береза и осина 0,70 0,68 – – 0,79 0,77 Липа 0,67 0,66 – – 0,79 0,77 В контрольных заданиях по определению объема штабеля (поленницы) влажность лесоматериалов не указывается и данная поправка не вводится. 28 Соответствующие стандартные коэффициенты для дров длиной небо- леем в зависимости от породы, длины, толщины и наличия расколотых дров в партии определяют по табл. 2. Таблица Стандартные коэффициенты полнодревесности для дров по ГОСТ 3243–88 Номинальная длина полена, мВ и д поленьев круглые смесь круглых (40%) и расколотых (60%) расколотые тонкие толщина 3– 10 см) средние толщина 11– 14 см) Хвойные породы 0,72 0,71 1,00 0,69 0,72 0,70 0,70 1,25 0,67 0,71 0,69 0,69 1,50 0,66 0,70 0,68 0,68 2,00 0,64 0,68 0,67 0,66 2,50 0,62 0,67 0,66 0,64 3,00 0,61 0,66 0,65 0,63 Лиственные породы 0,69 0,69 1,00 0,63 0,70 0,68 0,68 1,25 0,61 0,68 0,67 0,67 1,50 0,60 0,67 0,66 0,65 2,00 0,58 0,65 0,65 0,63 2,50 0,56 0,63 0,64 0,62 3,00 0,55 0,62 0,63 0,60 При наличии в поленнице более 25 % кривых поленьев с высотой сучьев более 1 см коэффициент полнодревесности уменьшается для круглых на 0,07, для смеси круглых и расколотых на 0,05, для расколотых – на 0,04. При наличии в партии дров и хвойных и лиственных пород допускается применять коэффициенты по преобладающим (хвойным или лиственным) породам. Для партии дров объемом более 1000 складочных м 3 при переводе вплотную меру допускается применять коэффициенты для смеси круглых и расколотых поленьев по преобладающим породам (хвойным или лиственным, но без учета снижения коэффициента за счет кривых поленьев. 29 Для контроля правильности укладки лесоматериалов в штабеле, атак- же для штабелей деловых сортиментов из смеси пород с разными коэффициентами полнодревесности и при разногласиях, возникших между сторонами при определении объема, определяется фактический коэффициент полнодревесности k факт По правилам ГОСТ 2292–88 фактический коэффициент полнодревес- ности определяется по методу диагоналей. Фактический коэффициент полнодревесности определяется на каждом пробном штабеле (поленнице) следующим образом. На лицевой стороне штабеля (поленницы) намечается прямоугольник высотой, равной высоте штабеля (поленницы, и основанием вдоль длины не менее 8 м. Стороны прямоугольника очерчиваются мелком или краской. В прямоугольнике проводят диагональ, которая должна пересечь не менее 60 шт. торцов лесоматериалов, уложенных в штабель (поленницу. При длине основания менее 8 м проводят две диагонали. Если диагональ пересекает менее 60 торцов лесоматериалов, указанным выше способом намечают еще один дополнительный прямоугольник вне клеток на том же или аналогичном пробном штабеле. Длину диагонали измеряют в сантиметрах с точностью до 1 см. Протяженность каждого торца деловых лесоматериалов (без учета коры) или поленьев (с учетом коры) по длине диагонали измеряют с округлением результата по ГОСТ 2292–88 до 0,5 см при этом доли менее 0,3 см не учитывают, а доли, равные 0,3 см и более, считают за 0,5 см. Фактический коэффициент полнодревесности факт определяют делением суммы протяжения торцов лесоматериалов по длине диагонали (или двум диагоналям) ∑l торц на длину всей диагонали (или двух диагоналей) l диаг , с округлением результата (по современным нормативным документам) до 0,001: диаг торц факт l l k ∑ = Фактический коэффициент полнодревесности поленниц, состоящих из круглых дров, по ГОСТ 3243–88 допускается определять делением суммарной площади торцов поленьев, определенной на лицевой стороне поленницы в прямоугольнике площадью 4 м, на площадь этого прямоугольника. Существуют и иные методы определения коэффициентов полнодревес- ности. Если фактический коэффициент полнодревесности равен или отличается не более чем на 0,01 от соответствующего стандартного коэффициента, кладка штабеля считается нормальной. Ненормальной (более рыхлой) считается кладка штабеля, при которой фактический коэффициент полнодревесности отличается от соответствующего стандартного коэффициента более чем на 0,01. |