Pages Navigation Menu

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ПИ № ФС 77 - 51217, 16+

Пред-печатная версия
() Искать в Google Scholar
Цитировать

Цитировать

Электронная ссылка | Печатная ссылка

Скопируйте отформатированную библиографическую ссылку через буфер обмена или перейдите по одной из ссылок для импорта в Менеджер библиографий.
Стородубцева Т. Н. ВЛИЯНИЕ АГРЕССИВНОЙ СРЕДЫ НА ПРОЧНОСТЬ И УПРУГОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ИЗГИБЕ / Т. Н. Стородубцева, А. И. Томилин // Международный научно-исследовательский журнал. — 2019. — №. — С. . — URL: https://research-journal.org/technical/vliyanie-agressivnoj-sredy-na-prochnost-i-uprugost-drevesiny-pri-izgibe/ (дата обращения: 16.10.2019. ).

Импортировать


ВЛИЯНИЕ АГРЕССИВНОЙ СРЕДЫ НА ПРОЧНОСТЬ И УПРУГОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ИЗГИБЕ

Стородубцева Т.Н.1, Томилин А.И2.

1Доктор технических наук, доцент; 2аспирант, Воронежская государственная лесотехническая академия

ВЛИЯНИЕ АГРЕССИВНОЙ СРЕДЫ НА ПРОЧНОСТЬ И УПРУГОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ИЗГИБЕ

Аннотация

В статье приведены результаты исследований по определению длительного действия агрессивной среды – воды на величины пределов прочности и модулей упругости при изгибе образцов из древесины с их представлением экспоненциальными функциями.

Ключевые слова: древесина, упругость, прочность, изгиб.

Storodubtseva T.N.1, Tomilin A.I.2,

1Doctor of Technical Sciences, associate professor; 2Postgraduate, Voronezh State Forest Technical Academy

EFFECTS OF AGGRESSIVE ENVIRONMENT ON STRENGTH AND RESILIENCE OF WOOD FLEXURAL 

Abstract

The results of studies to determine the long-acting-aggressive environment – water quantity limits and strength of the flexural modulus of the wood samples with their representation of the exponential functions.

Keywords: wood, strength, elasticity, flexural strength.

Древесина – один из древнейших природных материалов, применяемых человеком. Ее потребляют все отрасли народного хозяйства. Она прочна и легка, имеет хорошие теплоизоляционные свойства, способность без разрушения поглощать работу при ударных нагрузках, гасить вибрации/

Способность к поглощению влаги — отрицательное свойство древесины. Высушенная древесина в изделиях «дышит», изменяя содержание связанной воды при колебаниях температуры и относительной влажности окружающего воздуха. Будучи помещенной, в очень влажную среду, она сильно увлажняется, что ухудшает ее физико-механические характеристики и приводит  к  ряду  других нежелательных явлений. Изучали, как изменяется абсолютная влажность древесины сосны в течение 60 суток, выдержки в воде (согласно  ГОСТ 16483.7 – 71) образцах в виде кубиков с размерами 30х30х30 мм, (табл. 1).

Таблица 1 – Изменение массы образцов от времени выдержки в воде

Сутки 0/1 2/3 6/10 20/30 40/50 60
Масса, г 13,47/

20,93

21,67/

22,17

23,78/

24,38

25,86/

26,70

27,56/

28,60

29,57

 

Используя данные, табл. 1, можно подсчитать, что на конец второго месяца экспозиции в воде она достигла 120 %, а на 20 сутки – 91 %. Для более крупных образцов на те же сутки абсолютная влажность равнялась 59 % [1, рис. 1], т.е. она зависит от их объема.

Были проведены эксперименты по определению прогибов и пределов прочности образцов из древесины сосны, с размерами поперечного сечения 20х30 и длиной – 300 мм на чистый изгиб. Для  определения  модулей  упругости  использовали  машины МР–5 и Р–5. Средняя скорость нагружения с помощью ручного привода равнялась 4,5…5,0 МПа в мин. Абсолютные деформации замеряли индикатором часового типа с ценой деления 0,001 мм.

При определении модуля упругости при чистом изгибе схемы нагружения и установки индикатора позволяли измерять деформации в центре зоны чистого изгиба пролетом l=100 мм.

По найденным прогибам определяли ее модули упругости E×104, МПа, а по разрушающей нагрузке – пределы прочности σ, МПа, строили графики зависимости влажности и названных характеристик от времени их выдержки в воде [1].

Из графиков работы [1, рис. 1] видно, что древесина сосны очень быстро набирает влажность, которая сильно влияет как на ее прочностные характеристики, так и на упругие характеристики. Прочность падает уже на первые сутки, но когда образцы набрали влажность 25…30 %, она начинает незначительно увеличиваться. Значения модулей упругости также снижаются до тех пор, пока образцы не набрали влажность 41,97 %, после чего их величины практически стабилизируются. Представляло интерес представить полученные экспериментальные зависимости с помощью экспоненциальных функций и построить теоретические кривые, что и было сделано с применением ЭВМ (рис. 1 и 2, табл. 2 и 3).

06-10-2019 14-00-42

06-10-2019 14-00-57

Данные таблиц 2 и 3 показывают, что полученные функции хорошо аппроксимируют экспериментальные, о чем говорят низкие значения сумм квадратов отклонений.

Таблица 2 – Ззначения предела прочности  (σ, МПа) образцов древесины в  зависимости от времени выдержки в воде, сутки

Сутки Экспериментальные данные 06-10-2019 14-06-04 Теоретические данные06-10-2019 14-06-10 Разность

отклонения06-10-2019 14-06-16

Квадрат разности отклонений06-10-2019 14-06-25
МПа
1 2 3 4 5
0 23,16 23,1552 0,004797 0,000023
1 12,95 13,08103 -0,13103 0,017169
2 12,25 11,95034 0,299655 0,089793
3 11,93 11,72985 0,200146 0,040058
6 11,43 11,67063 -0,24063 0,057903
10 10,73 11,67002 -0,94002 0,883638
20 12,48 11,67002 0,809984 0,656074
∑=0,002909 ∑=1,744658

 

Экспериментальными исследованиями и проведенным анализом проведенных экспериментов и научных публикаций, посвященных влиянию физических факторов на прочностные и упругие характеристики древесины, установлено:

– древесина, являющаяся природным композитом, очень чутко реагирует  на  воду,  проникающую  в  нее  различными путями, особенно если она высушена, как это имеет место при использовании ее в качестве армирующего заполнителя   древесностекловолокнистого   композиционного   материала   на

Таблица 3 – Значения модуля упругости (Е×104, МПа) образцов древесины  в зависимости от времени выдержки в воде, сутки

Сутки Экспериментальные данные, Еэ Теоретические данные,

Ет

Разность отклонения,

Еэт

Квадрат разностей отклонений,

эт)2

х104, МПа
1 2 3 4 5
0 1,215 1,228346779 -0,013346779 0,000178137
1 0,853 0,779063028 0,073936972 0,005466676
2 0,586 0,613678806 -0,027678806 0,000766116
3 0,468 0,53067412 -0,06267412 0,003928045
6 0,421 0,432430065 -0,011430065 0,000130646
10 0,416 0,397803062 0,018196938 0,000331129
20 0,403 0,385511389 0,017488611 0,000305852
∑= – 0,00551 ∑=0,011107

 

ФАМ [2]. При увлажнении ухудшаются физико-механические характеристики древесины, кроме того, она склонна к разбуханию в процессе водопоглощения. Следует учитывать также, что давление стесненного набухания древесины сосны, заключенной в полимерную оболочку, может вызвать ее разрушение, если древесина не подвергнута соответствующей обработке [3];

– видно, что под действием воды прочность начинает падать на 10 сутки, но когда древесина сосны набрала влажность 25…30 %, она стабилизируется. Модуль упругости почти равномерно снижаются до тех пор, пока древесина сосны не набрала влажность 41,97 %, после чего его величина стабилизировалась;

– полученные результаты использованы при выборе растворов для гидрофобизирующей пропитки древесины, высушенной до 8..12 %, до предела насыщения, равного 30 %, с целью предохранения ее от набухания и гниения.

– водопоглощение материалов, создаваемых на основе смолы ФАМ, осуществляется за счет диффундирования молекул воды в пространство между звеньями молекул полимера, в результате чего  возникает пластифицирующий эффект, снижающий их прочность и жесткость до 50 % и более. Действие воды вызывает набухание полимерной матрицы и стесненное набухание древесины заполнителя, поэтому для защиты разработанных материалов необходимо использовать два направления – уплотнение микро- и макроструктуры композитов путем модификации составов и их гидрофобизации.

Литература

  1. Стородубцева, Т.Н. Применение гидрофобизирующих и модифицирующих составов для пропитки древесного армирующего заполнителя [Текст] / Т.Н. Стородубцева, В.И. Харчевников, А.И. Томилин, К.В. Батурин. – «Лесотехнический журнал», Воронеж. – 2012. – № 2. – С. 36-46.
  2. Стородубцева, Т.Н. Композиционный материал на основе древесины для железнодорожных шпал: Трещиностойкость под действием физических факторов [Текст] : моногр. / Т.Н. Стородубцева.– Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2002.– 216 с.
  3. Харчевников, В.И. Стекловолокнистые полимербетоны из древесных отходов [Текст] / В.И. Харчевников, Л.Н. Стадник, Т.Н. Стородубцева и др. // Лесн. пром-сть. – 1993. – № 3.– С. 19.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.