Диаграмма сжатия дерева вдоль волокон

Диаграммы сжатия древесины

Древесина имеет выраженную волокнистую структуру строения, поэтому она относится к анизотропным материалам, проявляющим различные механические характеристики в разных направлениях силового воздействия. Диаграммы сжатия древесины приведены на рисунке 28,б.

Деформация ε сжатия образца древесины вдоль волокон (верхняя диаграмма на рисунке 28,б) до напряжения, составляющего 40÷50% от предела прочности σ_в в , происходит почти по линейной (пропорциональной) зависимости от σ. При дальнейшем увеличении

напряжения сжатия рост деформации опережает рост напряжения, диаграмма искривляется, т. е. материал переходит в упругопластическую стадию работы. При напряжении σ_в в происходит потеря местной устойчивости целых групп волокон древесины с образованием характерной складки или обмятия торцов образца с появлением продольных трещин, образец разрушается.

В начальной стадии сжатия образца из древесины поперек волокон наблюдается почти пропорциональная зависимость между напряжением σ и деформацией ε. Затее диаграмма быстро искривляется, т. е. рост деформаций опережает рост напряжений и образец как бы спрессовывается (уплотняется). Разрушающее напряжение (временное сопротивление σ_в п ) при сжатии древесины поперек волокон определяется условно при уменьшении длины образца на 1/3 его первоначальной длины.

Из сравнения диаграмм деформирования на рисунке 28,б следует, что прочность при сжатии древесины вдоль волокон значительно больше ее прочности поперек волокон (обычно в 7÷12 раз). Прочностные характеристики древесины при растяжении вдоль волокон примерно такие же, что и при сжатии. Растяжению поперек волокон древесина сопротивляется очень плохо.

Контрольные вопросы:

1) Объясните понятия абсолютной продольной и абсолютной поперечной деформаций стержня при его центральном растяжении и/или сжатии. Единицы их измерения?

2) Объясните понятия относительной продольной и относительной поперечной деформаций стержня при центральном растяжении и/или сжатии. Единицы их измерения?

3) Что такое коэффициент Пуассона материала? Какова его величина для некоторых материалов? Как определяется коэффициент Пуассона?

4) Что выражает закон Гука? При каких видах деформаций материалов можно применять закон Гука? При каких нельзя?

5) Запишите закон Гука в двух видах и поясните все параметры, входящие в выражения закона Гука.

6) Что такое модуль упругости материала, каковы единицы его измерения и значения для некоторых материалов? Где приводятся значения модулей упругости для разных материалов?

7) Что такое жесткость сечения стержня при его центральном растяжении и/или сжатии? Каковы единицы измерения этого параметра жесткости?

8) Для чего проводятся испытания образцов из разных материалов на центральное растяжение и сжатие? Какие характеристики прочности и пластичности материалов выявляют при испытаниях и где инженер (или бакалавр) может их найти?

9) Чем отличаются диаграммы деформирования низкоуглеродистых сталей и сталей повышенной и высокой прочности? Что такое физический и условный пределы текучести?

10) Объясните различие условных и истинных диаграмм деформирования материалов.

11) Каково примерно соотношение между прочностными характеристиками хрупких материалов при сжатии и растяжении?

12) Каково примерно соотношение между прочностными характеристиками древесины при сжатии вдоль ее волокон и поперек волокон?

Продольная деформация	Longitudinal deformation
Поперечная деформация	Cross-section deformation
Относительная деформация	Relative deformation
Диаграмма растяжения материала	The diagram of a stretching of a material
Диаграмма сжатия материала	The diagram of compression of a material
Предел пропорциональности	A limit of proportionality
Предел упругости	A limit of elasticity
Предел текучести материала	A limit of fluidity of a material
Предел прочности материала	Strength of a material

Рекомендуемая литература

1. Александров А.В. и др. Сопротивление материалов. Учебник для вузов – М.: Высш. шк., 2001. – 560 с. (с. 48…55; 57…63; 69…84; 86…91).

2. Степин П.А. Сопротивление материалов. – М.: Высш. школа, 1983. – 303 с. (с. 22…26; 26…41).

3. Справочник по сопротивлению материалов/Писаренко Г.С. и др. – Киев: Наукова думка, 1988. – 737с. (с. 140…152; 616…653).

Контрольные задания для СРС.

1) Построение эпюр перемещений поперечных сечений стержней при центральном растяжении-сжатии с учетом их собственного веса и переменности размеров сечений ([1], с. 57-63; [2], с. 22-26; [3], 178-180).

2) Общие сведения о материалах, широко применяемых в различных конструкциях ([1], с. 69-71, 88; [2], с. 22-23; 27-28; [3], 151-152; 616-653).

3) Влияние разных факторов (температуры, предварительной термической обработки, скорости деформирования и др.) на механические характеристики материалов ([1], с. 89-91; [2], с. 33-36).

Лекция 8. Тема 6. «Центральное растяжение-сжатие прямых жестких стержней»

Цель лекции – рассмотреть методику выбора допускаемых напряжений (расчетных сопротивлений) для расчетов на прочность стержней при центральном растяжении и сжатии, изложить условия статической прочности и жесткости стержней при центральном растяжении и сжатии, дать общее понятие о статически неопределимых системах и методах их расчетов.

План лекции (курсивом – материалы для СРС)

1. Выбор основных допускаемых напряжений (расчетных сопротивлений) для расчетов на прочность стержней.

2. Условия статической прочности стержней при центральном растяжении и сжатии.

3. Условия жесткости стержней при центральном растяжении и сжатии.

4. Понятие о статически неопределимых системах и методах их расчетов.

Источник

Работа № 3 испытание на сжатие дерева

Цель работы: Определить временное сопротивление дерева при сжатии вдоль и поперек волокон.

Анизотропными называются материалы, свойства которых различны в различных направлениях. Примером анизотропного материала является дерево, свойства которого различны при испытании вдоль и поперек волокон. Так, прочность дерева при сжатии вдоль волокон в 8 — 10 раз больше, чем при сжатии поперек волокон [1] .

Для испытания дерева на сжатие применяются образцы в форме кубика. На рис.9 приведены диаграммы сжатия дерева вдоль волокон (1)и поперек волокон (2).

При сжатии вдоль волокон обра­зец претерпевает сравнительно небольшие остаточные деформации. Диаграмма сжатия не имеет прямолинейного участка. После достижения нагрузкой наибольшего значения начинается разрушение с обмятием торцов и образованием поперечных складок. Нередко вместе с этим образуются и продоль­ные трещины.

При сжатии образца поперек волокон в начале диаграммы наблюдается наклонный прямолинейный участок до нагрузки , соответствующей пределу пропорциональности. При дальнейшем испытании диаграмма идет почти параллельно горизонтальной оси. Образец деформируется почти без увеличения нагрузки. Однако разрушения образца не происходит: он лишь спрессовывается. Значительный рост деформаций позволяет считать, что сопротивление образца исчерпано. За разрушающую принимают такую нагрузку , при которой кубик сжимается на 1/3 своей первоначальной высоты [1]. В дальнейшем за счет прессования сопротивление дерева возрастает, что приводит к увеличению нагрузки выше .

Подготовка образцов к испытанию

Измерить кубики. Вычислить площадь поперечного сечения каждогоиз них. Результаты записать в журнал лабораторных работ.

1. Установить образец на нижнюю траверсу испытательной мамины таким образом, чтобы направление волокон совпадало с направлением сжима­ющей нагрузки.
2. В записывающее устройство установить лист миллиметровой бумаги.
3. Плавно нагружать образец усилием до разрушения.
4. Из записывающего устройства извлечь диаграмму сжатия.

Результаты испытаний Таблица 4

Вариант	материал	, кН
		вдоль волокон	поперек волокон
1	тополь	31	3
2	ольха	34	2,5
3	липа	35	3
4	ель	35	4
5	сосна	38	5
6	бук	42	15
7	ясень	45	12
8	клен	46	13
9	береза	48	12
10	дуб	47	14

По окончании испытаний следует сделать вывод о форме разрушения образцов при испытании вдоль и поперек волок. Все расчеты и выводы по работе занести в журнал лабораторных работ Обработка результатов испытания 1

1. Ha диаграмме сжатия установить точку Е в том месте, где диаграмма достигает максимума.
2. Измерить ординату точки Е в мм и умножить ее на масштаб диаграммы. Полученное значение , записать в журнал лабораторных работ.
3. Вычислить временное сопротивление при сжатии вдоль волокон по формуле (5).

Проведение испытания 2

1. Установить образец на нижнюю траверсу испытательной машины таким образом, чтобы направление волокон было перпендикулярно направлению сжимающей нагрузки.
2. Взаписывающее устройство установить лист миллиметровой бумаги.
3. Плавно нагружать образец усилием до тех пор, пока его высота не уменьшится на 1/3.
4. Разгрузить образец.

5.Из записывающего устройства извлечь диаграмму сжатия. Обработка результатов испытания 2

1. По шкале силоизмерительного устройства испытательной машины определить .
2. Вычислить временное сопротивление при сжатии поперек волокон по формуле (5).
3. Вычислитьотношение временного сопротивления при сжатии вдоль волокон к временному сопротивлению при сжатии поперек волокон.

Контрольные вопросы

1. Какие механические характеристики можно определить при испытании дерева на сжатие вдоль и поперек волокон?
2. Как происходит разрушение дерева при сжатии вдоль волокон и поперек волокон?
3. Во сколько раз прочность дерева при сжатии вдоль волокон больше прочности при сжатии поперек волокон?
4. Какие материалы называют анизотропными?
5. Как вычисляется временное сопротивление (предел прочности) дерева при испытании его на сжатие?
6. В каких координатах строят диаграмму сжатия?

Источник

Работа №3 испытание на сжатие дерева

Цель работы: определить временное сопротивление дерева при сжатии вдоль и поперек волокон.

Анизотропными называются материалы, свойства которых различны в различных направлениях. Примером анизотропного материала является дерево, свойства которого различны при испытании вдоль и поперек во­локон. Так, прочность дерева при сжатии вдоль волокон в 8 – 10 раз бо­льше, чем при сжатии поперек волокон [1].

Для испытания дерева на сжатие применяются образцы в форме ку­бика. На рис.9 приведены диаграммы сжатия дерева вдоль волокон (1) и поперек волокон ( 2 ). При сжатии вдоль волокон обра­зец претерпевает сравнительно небольшие остаточные деформации. Диаграмма сжатия не имеет прямо­линейного участка. После достиже­ния нагрузкой наибольшего значе­нияначинается разрушение с обмятием торцов и образованием поперечных складок. Нередко вме­сте с этим образуются и продоль­ные трещины.

При сжатии образца поперек волокон в начале диаграммы наблюдается наклонный прямолинейный учас­ток до нагрузки , соответствующей пределу пропорциональности. При дальнейшем испытании диаграмма идет почти параллельно горизонта­льной оси. Образец деформируется почти без увеличения нагрузки. Одна­ко разрушения образца не происходит: он лишь спрессовывается. Значите­льный рост деформаций позволяет считать, что сопротивление образца исчерпано.За разрушающую принимают такую нагрузку, при которой кубик сжимается на 1/3 своей первоначальной высоты [1] .В дальней­шем за счет прессования сопротивление дерева возрастает, что приводит к увеличению нагрузки выше.

Подготовка образцов к испытанию

Измерить кубики. Вычислить площадь поперечного сечения каждого из них. Результаты записать в журнал лабораторных работ.

1. Установить образец на нижнюю траверсу испытательной машины таким образом, чтобы направление волокон совпадало с направлением сжима­ющей нагрузки.

2. В записывающее устройство установить лист миллиметровой бумаги.

3. Плавно нагружать образец усилием до разрушения.

4. Из записывающего устройства извлечь диаграмму сжатия.

Обработка результатов испытания 1

1. На диаграмме сжатия установить точку Е в том месте, где диаграм­ма достигает максимума.

2. Измерить ординату точки Е в мм и умножить ее на масштаб диаг­раммы (1мм – 500Н). Полученное значение записать в журнал лабораторных работ.

3. Вычислить временное сопротивление при сжатии вдоль волокон по формуле (5).

1. Установить образец на нижнюю траверсу испытательной машины таким образом, чтобы направление волокон было перпендикулярно направле­нию сжимающей нагрузки.

2. В записывающее устройство установить лист миллиметровой бумаги.

3. Плавно нагружать образец усилием до тех пор, пока его высота не уменьшится на 1/3.

5. Из записывающего устройства извлечь диаграмму сжатия.

Обработка результатов испытания 2

1. По шкале силоизмерительного устройства испытательной машины опре­делить .

2. Вычислить временное сопротивление при сжатии поперек волокон по формуле (5).

3. Вычислить отношение временного сопротивления при сжатии вдоль во­локон к временному сопротивлению при сжатии поперек волокон.

Источник