Основные механические свойства древесины
Древесина – это совокупность проводящих, запасающих и механических тканей, которые расположены в корнях, ветвях, стволах древесных растений между сердцевиной и корой.
Механические свойства древесины – это свойства, которые обнаруживаются в случае действия на древесину внешних сил, таких как растяжение, кручение, скалывание, перерезывание, сжатие и изгиб.
Действие на древесину внешних сил может проявляться во время эксплуатации конструкций из дерева и при обработке древесины ревущими инструментами. К основным механическим свойствам древесины относятся:
- Твердость.
- Прочность.
- Упругость.
- Пластичность.
- Жесткость.
- Ударная вязкость.
Механические свойства древесины изменяются по радиусу и высоте ствола и зависят от числа годовых колец в одном сантиметре и процента поздней древесины. 3начительное влияния на свойства древесины оказывает связанная влага. Влажность, величина которой выше предела гигроскопичности почти не влияет на механические свойства древесины.
Твердость древесины
Твердость древесины заключается в ее способности сопротивляться проникновению в нее более твердых тел, режущих инструментов, гвоздей и шурупов. По направлению среза выделяют поперечную, тангенциальную и радиальную твердости. При поперечном распиле дерево распиливается перпендикулярно направлению волокон и стволу. Радиальный распил осуществляет через центр дерево, то есть по радиусу. Тангенциальный распил осуществляется выполняется продольно, но проходит вне центра - по хорде окружности и поэтому на лицевой поверхности среза образуются своеобразные узоры из годичных колец. Твердость изменяется в зависимости от типа распила. У хвойных пород боковая твердость, как правило, на 40 % ниже поперечной, а у лиственных на 30 %. По степени твердости все породы древесины делятся на:
- Твердые как кость - кокос, эбонитовое дерево.
- Очень твердые - бук, дуб, белая акация, тис, граб, палисандр.
- Твердые - яблоня, груша, дуб, тик, ясень, вишня.
- Умеренно твердые - черная сосна, вяз, орех.
- Мягкие - липа, береза, ольха, лиственница, красное дерево.
- Очень мягкие - тополь, верба, осина, пихта, ель, белая сосна.
Прочность и пластичность древесины
Прочность древесины – это способность древесины сопротивляться разрушению, причиной которого являются механические усилия.
Прочность древесины зависит от породы дерева, влажности, плотности, наличия пороков и направления действия нагрузки. В случае увеличения количества связанной влаги прочность древесины снижается, особенно при влажности от 20 до 25 %. Увеличение влажности до 30 %, то есть за предел гигроскопичности, никак не влияет на показатели прочности. Пределы прочности можно сравнить только при одинаковой влажности. Существенное влияние на прочностные показатели древесины оказывает влияние и продолжительность нагрузок. Данные нагрузки могут быть динамические и статические. Статические вертикальные нагрузки медленно возрастают или постоянные, а динамические действуют кратковременно. Нагрузка, которая разрушает структуру древесины называется разрушительной. Прочность, которая граничит с разрушением - предел прочности определяется и измеряется образцами. К основным видам сил, действующим на образец древесины относятся скалывание, растяжение, изгиб и сжатие. Прочность зависит от направления действия данных сил плотности древесины и наличия пороков. Предел прочности на растяжение вдоль волокон для всех пород древесины составляет порядка 1300 килограмм на квадратный сантиметр. При растяжении на прочность древесины существенное влияние оказывает ее строение, даже в случае небольшого отклонения от правильного расположения волокон становится прочность уменьшается. При растяжении поперек прочность очень мала и составляет примерно 1/20 от прочности на растяжение вдоль волокон.
Сжатие может осуществляться вдоль и поперек волокон. Средняя величина предела прочности при сжатии для всех пород древесины составляет около 500 килограмм на квадратный сантиметр, при сжатии поперек в 8 раз меньше. При изгибе верхние слои испытывают напряжение сжатия, нижние растяжение вдоль волокон. В среднем, при статическом изгибе прочность составляет около 1000 килограмм на квадратный сантиметр. При скалывании вдоль волокон прочность составляет около 20 % от прочности при сжатии вдоль волокон, при скалывании поперек волокон - в два раза меньше, чем при скалывании вдоль волокон. Пластичность древесины заключается в ее способности не разрушаться под действием длительных нагрузок, сохраняя измененную форму, то есть давать остаточную деформацию. Пластичность может быть отнесена и к положительным и к отрицательным свойствам древесины. Она возрастает с увеличением влажности и повышением температуры.
