Физика древесины

1.

ФИЗИКА ДРЕВЕСИНЫ

2.

Содержание
1. Строение древесины и его связь с физико-механическими свойствами
3
2. Физические свойства древесины
5
2.1 Свойства, определяющие внешний вид древесины
5
2.2 Вода в древесине
9
2.3 Плотность древесины
17
2.4 Проницаемость древесины жидкостями и газами
19
2.5 Теплофизические свойства древесины
20
2.6 Электрические явления в древесине
22
2.7 Звуковые свойства древесины
29
3. Механические свойства древесины
35
3.1 Прочность древесины
38
3.2 Деформативность древесины
49
3.3 Твердость древесины
54
4. Технологические свойства древесины
57
4.1 Ударная вязкость
57
4.2 Износостойкость
59
4.3 Способность древесины удерживать крепления
60

3.

1. Строение древесины и его связь с физикомеханическими свойствами
Для
изучения
строения
древесины
различают три главных разреза ствола.
Поперечным
называется
разрез,
проходящий перпендикулярно оси ствола
и образующий торцовую плоскость.
Плоскость радиального разреза проходит
вдоль оси ствола через сердцевину по
радиусу торца.
Плоскость тангенциального разреза идет
также вдоль оси ствола на расстоянии от
сердцевины, направлена по касательной
к
окружностям,
образованным
годичными слоями.
Строение древесины рассматривается на
трех
главных
разрезах,
свойства
древесины изучают в трех главных
направлениях.

4.

Строение древесины и его связь с физикомеханическими свойствами
Различают три основных направления:
- аксиальное (продольное);
- радиальное;
- тангентальное.
Аксиальное направление (вдоль волокон, оси ствола) –
сориентировано параллельно продольной оси ствола, образуется
пересечением двух любых продольных плоскостей.
Радиальное направление (по радиусу торца) – перпендикулярно
продольной оси ствола (проходит по радиусу), образуется
пересечением радиальной и поперечной плоскостей.
Тангентальное направление (по касательной к окружности годичных
колец) – перпендикулярно продольной оси ствола, образуется
пересечением тангенциальной и поперечной плоскостей.
Свойства древесины в этих направлениях вследствие
волокнистого строения значительно отличаются.
ее слоисто-

5.

Свойства древесины

6.

2. Физические свойства древесины
Физическими называются свойства, наблюдаемые без изменения
химического состава и целостности древесины.
2.1 Свойства, определяющие внешний вид древесины.
Внешний вид древесины характеризуется ее цветом, блеском,
текстурой и макроструктурой.
Под цветом понимают зрительное ощущение, зависящее от
спектрального состава светового потока, отраженного древесиной.
Для оценки этого свойства используют колориметрические показатели:
цветовой тон, чистота и светлота.
• Цветовой тон определяется длиной волны отраженного чистого
спектрального цвета.
• Чистота – степень разбавления чистого спектрального цвета белым,
может изменяться от 100 до 0 %.
• Светлота характеризуется коэффициентом отражения, который для
белых поверхностей близок к 1, для черных тел приближается к 0.
Целлюлоза — основное вещество, из которого состоит древесина,
почти белого цвета. Цветовые оттенки древесине придают
вещества, заключенные в ее клетках, — дубильные и красящие,
смолы и др.

7.

Свойства, определяющие внешний вид древесины.
Блеск - это способность направленно отражать световой поток.
Блеск древесины зависит от ее плотности, степени обработки,
количества, размеров и расположения сердцевинных лучей, так
как они обладают способностью направленно отражать свет на
радиальных разрезах. Даже очень качественно обработанная
поверхность древесины не имеет зеркального блеска, так как
однородные неровности отражают световой поток диффузно. Но
чем меньше неровности поверхности, тем больше блеск.
Текстура - это рисунок, образующийся на поверхности древесины
вследствие перерезания составляющих ее анатомических
элементов. Чем сложнее строение древесины, разнообразнее
набор анатомических элементов, ее составляющих, тем ярче
текстура. Она определяется шириной годичных слоев, различием
в окраске ранней и поздней древесины, наличием крупных
сосудов и шириной сердцевинных лучей, неправильным
расположением волокон (волнистое или путаное).

8.

Свойства, определяющие внешний вид древесины.
Характеристики макроструктуры : ширина годичных слоев, степень
равнослойности, равноплотность, содержание поздней древесины в годичном
слое и т. д.
Ширина годичных слоев определяется числом годичных слоев, расположенных
на отрезке длиной 1 см, отмеренном в радиальном направлении на торцовом
срезе. Метод определения числа годичных слоев и содержания поздней
древесины стандартизирован.
На плоскости поперечного разреза по радиальному направлению отмечают
границы крайних целых годичных слоев на участке, равном примерно 20 мм, и
подсчитывают число слоев. На этом же участке замеряют ширину поздней
зоны каждого годичного слоя, находящегося на отмеченном участке.
Число годичных слоев n вычисляют по формуле:
где N — общее число целых годичных слоев;
L — протяжение годичных слоев по радиальному
направлению, см .
Содержание поздней древесины m в %
вычисляют по формуле:
где ∑δn — общая ширина поздней древесины, см.

9.

Свойства, определяющие внешний вид древесины.
Ширина годичных слоев и содержание поздней древесины
зависят от породы, условий произрастания, меняются по высоте
и радиусу ствола. Содержание поздней древесины определяют
для хвойных и лиственных кольцесосудистых пород, так как у
рассеяннососудистых пород нет четко выраженной границы
между ранней и поздней древесиной. Чем выше процент
поздней древесины, тем больше плотность древесины в целом,
а следовательно, выше ее механические свойства.
Степень равнослойности определяется разницей в числе
годичных слоев на двух соседних участках длиной по 1 см. Этот
показатель
важен
для
характеристики
резонансной
способности древесины.
Равноплотность древесины характеризует равномерность
распределения механических тканей по ширине годичного
слоя. Малой равноплотностью обладает древесина пород с
резкой разницей в строении ранней и поздней древесины
(лиственница, сосна, дуб, ясень). Высокую равноплотность
имеют бук, ольха, груша и некоторые другие породы.
Количественного показателя равноплотности нет.

10.

Свойства, определяющие внешний вид древесины.
Величина структурных неровностей. При обработке древесины
режущими инструментами происходит перерезание полых
анатомических элементов (самые крупные - сосуды) и на поверхности
древесины образуются неровности. В кольцесосудистых породах,
имеющих крупные сосуды, высота анатомических неровностей
достигает 200 мкм. У большинства лиственных рассеянно-сосудистых
пород — 30…100 мкм, у хвойных пород — 8…60 мкм. Поскольку
древесина кольцесосудистых пород часто используется в качестве
облицовочного
материала, то
перед
лакированием
при
необходимости производится такая операция, как порозаполнение, а
также грунтование, для создания ровной поверхности перед
нанесением лака.
2.2 Вода в древесине.
В древесине растущего дерева, в срубленной древесине практически
всегда находится какое-то количество воды. Количественной
характеристикой содержания влаги в древесине является влажность.
Влажность измеряется в процентах. Различают абсолютную и
относительную влажность.

11.

Влажность древесины
Абсолютная влажность Wа в % рассчитывается по формуле:
где m - масса образца влажной древесины, г;
mо - масса этого же образца в абсолютно сухом состоянии, г.
Относительная влажность Wо в % рассчитывается по формуле:
Когда речь идет о технологической влажности древесины,
чаще всего имеется в виду абсолютная влажность. Относительная влажность
используется в качестве показателя значительно реже, например, как
показатель содержания влаги в дровах, бумажной массе. Влажность в
растущем дереве распределена неравномерно как по радиусу, так и по высоте
ствола.
У хвойных пород влажность заболони в 2…4 раза выше влажности ядра и спелой
древесины.
У лиственных пород существенной разницы во влажности между
периферической и центральной частями ствола нет.
По высоте ствола влажность заболони хвойных пород увеличивается от комля к
вершине, а влажность ядра остается практически неизменной. У лиственных
ядровых пород влажность заболони практически не изменяется, а влажность
ядра вверх по стволу уменьшается. У лиственных безъядровых пород
влажность увеличивается от комля к вершине.

12.

Вода в древесине
Общее количество воды в древесине складывается из свободной и связанной
воды. Древесина состоит из клеток, полости которых соединены между
собой порами и образуют капиллярную систему, обладающую
сравнительно хорошей проницаемостью для жидкостей и газов в
направлении вдоль волокон и значительно меньшей поперек волокон.
Свободная вода находится в полостях клеток и удерживается в них
механически. Она легко удаляется из древесины и оказывает небольшое
влияние на свойства древесины.
Связанная вода содержится в стенках клеток. Для удаления связанной воды из
древесины требуется значительная энергия. Это отражается на свойствах
древесины.
Древесину принято называть влажной, если она содержит только связанную
воду, и сырой, если, древесина содержит связанную и свободную воду.
Древесинное вещество является ограниченно набухающим, поэтому
содержание в древесине связанной воды не может превышать некоторого
максимума.
Предел насыщения клеточных стенок Wп.н. - это максимальная влажность
клеточных стенок древесины, достигаемая при длительном контакте
древесины с водой. Предел насыщения клеточных стенок для всех
отечественных пород в практических расчетах принимается равным 30 %.

13.

Вода в древесине
Нормализованная влажность — это равновесная влажность древесины,
соответствующая параметрам воздуха t = 20 ± 2 0 С и ϕ = 65 ± 5 % и в
среднем равная 12 %.
Древесина является материалом, размеры которого нестабильны и
меняются при изменении влажности.
Уменьшение линейных размеров и объема древесины при снижении
содержания связанной воды в ней называется усушкой, а увеличение
размеров и объема при повышении содержания связанной воды разбуханием. Усушка и разбухание - процессы обратимые.
поперечных размеров клетки. Усушка в поперечном направлении
выше, чем вдоль волокон. То же можно сказать и о разбухании.
Кроме того, усушка прямо зависит от плотности древесины. Чем
больше масса клеточных стенок в единице объема древесины, тем
больше усушка. Поэтому поздняя, более плотная, зона годичного слоя
усыхает сильнее, чем ранняя, менее плотная. Сильно усыхающая
поздняя древесина стягивает весь годичный слой и определяет
величину усушки в тангенциальном направлении. А радиальная
усушка равна средневзвешенному значению усушки ранней и
поздней зон и поэтому меньше тангенциальной.
Определяют линейную и объемную усушку по стандартизированной
методике.

14.

Вода в древесине
Наибольшую усушку имеют образцы, высыхающие от предела
насыщения клеточных стенок (W = 30 %) до абсолютно сухого
состояния (W = 0 %). Такая усушка называется полной, или
максимальной, и величина ее βmax рассчитывается в % по
формуле:
где amax- размер (объем) образца при влажности выше либо
равной пределу насыщения клеточных стенок, мм (мм3);
amin- размер (объем) образца в абсолютно сухом состоянии,
мм (мм3).
В среднем полная усушка в тангенциальном направлении 8…10
%, в радиальном - 3…7 %, вдоль волокон - 0,1…0,3 %,
объемная - 11…17 %.
Для расчетов зачастую важно располагать такой величиной, как
коэффициент усушки. Коэффициент усушки
- это величина
усушки при снижении содержания связанной воды в
древесине на 1 %. При полной усушке он рассчитывается
следующим образом:

15.

Вода в древесине
В других случаях величину усушки и коэффициент усушки можно
рассчитать по формулам:
где aн - начальный размер (объем) образца, мм (мм3);
aк - конечный размер (объем) образца, мм (мм3);
β - величина усушки при изменении влажности от Wн до Wк, %;
Wн - начальная влажность образца Wн ≤ Wп.н , %; в случае, когда Wн
> Wп.н , следует принимать Wн = Wп.н = 30 %;
Wк - конечная влажность образца, %.
Линейное и объемное разбухание древесины определяют по
стандартизированной методике. Полное разбухание Рmax вычисляют
в % по формуле:
где amax - размер (объем) образца при влажности либо выше предела,
либо равной пределу насыщения клеточных стенок, мм (мм3);
amin - размер (объем) образца в абсолютно сухом состоянии, мм
(мм3).
Коэффициент разбухания вычисляют по формуле:

16.

Вода в древесине
В других случаях величину и коэффициент разбухания можно
рассчитать по формулам:
Коэффициент усушки можно вычислить по коэффициенту разбухания
по формуле:
Влагопоглощение и водопоглощение.
Влагопоглощением древесины называется ее способность увеличивать
содержание связанной воды за счет поглощения паров воды из
окружающего воздуха. Влагопоглощение не зависит от породы.
Высушенная древесина, эксплуатируясь во влажной среде, меняет
свою влажность и, соответственно, размеры, что влияет на ее
физико-механические характеристики.
Водопоглощение - это способность древесины вследствие ее пористого
строения впитывать воду при непосредственном контакте с ней.
Водопоглощение характеризуется максимальной влажностью, Wmax
в % определяют по формуле:

17.

Влагопоглощение и водопоглощение.
где Wп.н - влажность предела насыщения клеточных стенок, %;
pд.в - плотность древесинного вещества, pд.в =1,53 г/см3;
pо - плотность древесины в абсолютно сухом состоянии, г/см3;
pв - плотность воды, pв =1 г/см3.
Первый член формулы характеризует максимальное количество
связанной воды, второй - содержание свободной воды,
заполняющей пустоты в древесине.
Количество свободной воды зависит от объема пустот в древесине,
поэтому чем больше плотность древесины, тем меньше ее
максимальная влажность и способность к поглощению воды.
Зная базисную плотность древесины, можно рассчитать максимальную
влажность Wmax в % по формуле:
где pб - базисная плотность древесины, г/см3.
Для отечественных пород расчетные значения Wmax находятся в
диапазоне 100...270 %. Экспериментальные значения несколько
ниже, так как не все пустоты в древесине заполняются смолой из-за
наличия смолы, закупорки сосудов тиллами и т. д. Заболонь
поглощает воды больше, чем ядро.

18.

2.3 Плотность древесины
Плотность древесины — это отношение массы древесины к ее
объему, в кг/м3 или г/см3. показателей. Плотность влажной
древесины pw определяют по формуле:
где mw - масса образца древесины при W, г или кг;
Vw - объем образца древесины при влажности W, см3 или м3 .
Плотность абсолютно сухой древесины - это масса единицы объема
древесины при полном отсутствии в ней воды. Рассчитывается по
формуле:
где mо - масса образца абсолютно сухой древесины, г или кг;
Vо - объем образца древесины при W = 0, м3 или см3.
Плотность древесины зависит от ее влажности.
Плотность древесинного вещества - это масса единицы объема
материала, образующего клеточные стенки.
Плотность древесинного вещества pд.в определяют по формуле:
где mо - масса образца абсолютно сухой древесины, г;
V′о - объем клеточных стенок в образце абсолютно сухой
древесины, см3.

19.

Плотность древесины
Плотность древесины меньше плотности древесинного вещества
вследствие ее пористости.
Пористость древесины — это относительный объем пустот в
абсолютно сухой древесине. Пористость П в % вычисляют по
формуле:
Пористость и плотность находятся в обратной зависимости: чем
больше плотность, тем меньше пористость. Пористость
отечественных пород колеблется в диапазоне от 40 до 77 %.
Для некоторых расчетов процессов нагревания, пропитки, сушки
древесины (например, при определении продолжительности сушки)
пользуются величиной, называемой базисной плотностью.
Базисная плотность древесины — это отношение массы абсолютно
сухого образца древесины к его объему при влажности, равной
пределу насыщения клеточных стенок либо выше него.
Базисная плотность характеризует массу сухой древесины в единице
объема свежесрубленной или разбухшей древесины, не зависит от
влажности.

20.

2.4 Проницаемость древесины жидкостями и газами
Для создания эффективных режимов обработки древесины (пропитки, сушки)
весьма важно оценить ее проницаемость на границе сред: жидкость — газ
или газ — газ.
Проницаемость характеризует способность древесины пропускать жидкости
или газы под давлением. При испытаниях по определению показателей этих
свойств обычно используют воду и воздух или азот. Вода и воздух
перемещаются в древесине по системе капилляров, включающей в себя
полости клеток, поры и перфорации, а так как водопроводящая система
растущего дерева рассчитана на перемещение воды в основном вдоль
волокон, то водопроницаемость и газопроницаемость древесины вдоль
волокон значительно выше, чем поперек. Методы определения
водопроницаемости и газопроницаемости стандартизованы.
Газопроницаемость древесины вдоль волокон в десятки раз выше, чем
поперек. Ядровая или спелая древесина имеет значительно более низкую
воздухопроницаемость, чем заболонная, исключение составляет пихта, у
которой воздухопроницаемость спелой древесины даже выше, чем
заболони. Способность древесины проводить газы характеризуется
количеством воздуха, прошедшего через поверхность образца в единицу
времени. Показатель — коэффициент газопроницаемости Кг - вычисляется в
м2 /(с·МПа) по формуле:
где V — газопроницаемость, м3/(м2 ·с);
h — высота образца, м;
Р — манометрическое давление, МПа.

21.

2.5 Теплофизические свойства древесины
К теплофизическим свойствам древесины относят теплоемкость,
теплопроводность, температуропроводность, тепловое расширение древесины.
Теплоемкость характеризует способность древесины аккумулировать
тепло. Она характеризуется удельной теплоемкостью с [кДж/(кг·оС)],
которая представляет собой количество теплоты, необходимое для
нагрева 1 кг массы древесины на 1оС. Для абсолютно сухой древесины
любой породы с = 1,55 кДж/(кг·оС) при 0оС. Теплоемкость зависит от W
и t. С увеличением температуры удельная теплоемкость возрастает по
линейному закону, при повышении температуры от 0 до 100оС
увеличивается примерно на 25%. Изменение W влияет на
теплоемкость значительнее, чем t.
Теплопроводностью называется способность древесины проводить
теплоту через свою толщу от одной поверхности к другой. Показателем
является
коэффициент
теплопроводности,
характеризующий
теплоизоляционные
свойства
древесины.
Коэффициент
теплопроводности λ [Вт/(м·оС)] численно равен количеству теплоты,
проходящему в единицу времени через стенку из древесины
площадью 1 м2 и толщиной 1 м при разности температур на
противоположных сторонах стенки в 1оС. Теплопроводность древесины
зависит от t, W, плотности древесины и направления волокон.

22.

Теплофизические свойства древесины
Коэффициент теплопроводности древесины равен 0,12…0,39 Вт/(м·оС).
Плотная древесина проводит теплоту лучше, чем рыхлая.
Теплопроводность древесины вдоль волокон примерно в 2 раза
выше, чем поперек, в радиальном направлении на 15 % больше, чем
в тангенциальном.
Температуропроводностью называется способность древесины
выравнивать температуру при нагревании или охлаждении.
Показатель - коэффициент температуропроводности, который характеризует скорость изменения температуры древесины при
нестационарном теплообмене. Коэффициент температуропроводности a (м2/c) численно равен отношению коэффициента
теплопроводности к теплоемкости единицы объема материала:
Температуропроводность вдоль волокон выше, чем поперек.
Коэффициент температуропроводности зависит от влажности
древесины: чем ниже влажность древесины, тем выше ее
температуропроводность.
Тепловое расширение древесины. Расширение древесины при нагревании
характеризуется коэффициентом линейного расширения. Коэффициент
линейного теплового расширения α показывает изменение единицы длины
тела при нагревании его на 1оС. Коэффициент линейного расширения
древесины зависит от направления: поперек волокон расширение в 7…15
раз больше, чем вдоль. Тепловое расширение древесины незначительно.

23.

.
2.6 Электрические явления в древесине
Характеристики электрических свойств: электропроводность,
электрическая
прочность,
диэлектрические
и
пьезоэлектрические свойства древесины.
Электропроводность
древесины
характеризуется
ее
сопротивлением
прохождению
электрического
тока.
Характеристикой электрического сопротивления древесины,
помещенной между двумя электродами, служит объемное и
поверхностное сопротивление.
Большое значение имеет удельное объемное сопротивление pv
(Ом·см), численно равное сопротивлению древесины
прохождению тока через две противоположные стороны кубика
древесины размером 1х1х1 см.
Удельное поверхностное сопротивление ps (Ом) численно равно
сопротивлению квадрата любого размера на поверхности
образца древесины при подведении тока к электродам,
ограничивающим две противоположные стороны этого
квадрата.

24.

Электропроводность
Принципиальная схема измерения сопротивлений
При измерении объемного сопротивления Rv переключатель В занимает
нижнее положение. Величину напряжения фиксируют с помощью
вольтметра U. По гальванометру G определяют величину тока Iv ,
прошедшего через образец от электрода 1 к электроду 2.
Поверхностные паразитные токи отводятся на землю.
При измерении
поверхностного
сопротивления переключатель В
устанавливают в верхнее положение.
Тогда по гальванометру определяют
величину тока Is , прошедшего от
электрода 3 к электроду 2, а
объемный паразитный ток отводится
на землю.
и

25.

Электропроводность
Удельное объемное сопротивление pv , вычисляется в Ом·см по
формуле:
где Rv - объемное сопротивление, Ом;
Do - средний диаметр, см;
d1 и d2- диаметры электродов, см;
h - толщина образца, см.
Удельное поверхностное сопротивление ps в Ом вычисляют по
формуле:
где Rs - поверхностное сопротивление, Ом;
b — ширина зазора между электродами 2 и 3, см.
Электропроводность древесины зависит от породы, направления
волокон и ее влажности. У разных пород электропроводность
различная, но при этом у всех пород вдоль волокон сопротивление в
несколько раз ниже, чем поперек.

26.

Электрическая прочность
Электрическая прочность древесины имеет значение при оценке
древесины как электроизолирующего материала.
Электрическая прочность — это способность древесины
противостоять пробою, то есть снижению сопротивления при
больших напряжениях.
При определении электрической прочности пользуются установкой,
принципиальная схема которой приведена на рис.(а). При
испытаниях используют образцы в виде прямоугольной пластины с
цилиндрической выемкой с одной стороны рис. (б). При этом
толщина образца в рабочей зоне зависит от направления волокон
(hⅡ= 3 мм, hւ=2 мм). Напряжение увеличивают со скоростью 250 ±
50 В/с до наступления пробоя.

27.

Электрическая прочность
Электрическая прочность Епр (кВ/мм) характеризуется величиной
пробивного напряжения в вольтах на 1 мм толщины материала и
рассчитывается по формуле:
где Uпр — пробивное напряжение, кВ;
h - толщина образца в рабочей зоне образца, мм.
Электрическая прочность древесины, отличающейся пористостью,
сравнительно невысока и зависит от породы, влажности,
температуры и направления волокон. Электрическая прочность
древесины поперек волокон в 4…7 раз выше, чем вдоль волокон.
Древесина в сухом состоянии не проводит электрический ток, т. е. она
является диэлектриком. Это свойство древесины характеризует
диэлектрическая
постоянная,
или
относительная
диэлектрическая проницаемость ε,
где Cд - емкость конденсатора с прокладкой из древесины, Ф;
Cв - емкость конденсатора с воздушным зазором, Ф.

28.

Относительная диэлектрическая проницаемость
Относительная диэлектрическая проницаемость показывает, во
сколько раз меняется сила электростатического (кулоновского)
взаимодействия электрических зарядов при переносе их из одного
однородного диэлектрика в другой, если расстояние между ними
сохраняется постоянным. Увеличение влажности, плотности и
температуры ведет к повышению диэлектрической проницаемости.
Вдоль волокон диэлектрическая проницаемость в 1,5…2 раза
больше, чем поперек. При снижении влажности диэлектрическая
проницаемость уменьшается.
Пьезоэлектрические
свойства
древесины.
Под
влиянием
механических напряжений некоторые кристаллические вещества
способны накапливать электрические заряды. Эти заряды
возникают под действием механических усилий, давления, поэтому
данное явление называется прямым пьезоэлектрическим эффектом
(пьезо - давление). Эти же материалы обладают и обратным
пьезоэлектрическим эффектом - их размеры меняются под
действием электрического поля.

29.

Пьезоэлектрические свойства древесины.
Интенсивность поляризации древесины I , Кл/м2 вычисляется по
формуле:
где e - величина заряда, Кл;
S - площадь поверхности образца, м2.
Коэффициент пропорциональности между величинами является
показателем свойства и называется пьезоэлектрическим модулем d.
Рассчитывается в Кл/(П·м2) по формуле:
Значения пьезоэлектрических модулей древесины для прямого и
обратного пьезоэлектрического эффекта практически одинаковы.
Наибольший пьезоэлектрический эффект наблюдается в древесине
при приложении сжимающей и растягивающей нагрузок под углом
45о к волокнам. Нагрузки строго вдоль или поперек волокон этого
эффекта не дают. С повышением температуры до 100оС показатели
пьезоэффекта увеличиваются. В абсолютно сухой древесине
пьезоэффект проявляется особенно заметно, а при влажности 6…8 %
совсем исчезает. Чем выше модуль упругости древесины, тем меньше
у нее пьезоэффект.
-

30.

2.7 Звуковые свойства древесины
В группу звуковых свойств входят свойства, которые определяют
способность древесины проводить, поглощать и отражать звук,
а также ее резонансные свойства.
Звукопроводность древесины характеризуется такими показателями,
как скорость распространения звука, акустическое сопротивление и
логарифмический декремент колебаний.
Скорость распространения звука с в древесине при продольных
колебаниях рассчитывается в м/с по формуле:
где E - динамический модуль упругости древесины (определяют путем
резонансных испытаний при изгибных колебаниях), Н/ м2;
ρ - плотность древесины, кг/м3.
Как видно, скорость звука увеличивается с уменьшением плотности и
увеличением жесткости, т. е. модуля упругости древесины.
Скорость распространения звука в древесине можно установить по
резонансной частоте вынужденных продольных колебаний:
с = 2 · ℓ · fо
где ℓ - длина образца, м;
fо - резонансная частота, Гц.

31.

Скорость распространения звука
Скорость распространения звука можно также определить
импульсным ультразвуковым методом:
где τ – время распространения упругой продольной волны, с.
Скорость распространения звука в древесине зависит от
направления волокон. Вдоль волокон в среднем скорость
равна 5000 м/с, поперек волокон в радиальном направлении
- 2000 м/с, в тангенциальном направлении - 1500 м/с (в
воздухе - 330 м/с, в металлах - до 7000 м/с). С увеличением
влажности и температуры скорость распространения звука в
древесине уменьшается.

32.

Звуковые свойства древесины
Акустическое сопротивление R также характеризует способность
древесины проводить и отражать звук, определяется в Па·с/м по
формуле:
R=p·c
Этот показатель для комнатно-сухой древесины вдоль волокон в
среднем равен 3 мкПа·с/м, для воздуха - 429 Па·с/м, для стали - 39,3
МПа·с/м.
По мере распространения звуковых волн в материале происходит
затухание колебаний из-за потерь на внутреннее трение. Для
характеристики этого явления используют логарифмический декремент колебаний ϑ, численно равный натуральному логарифму отношения двух амплитуд, отделенных друг от друга интервалом в
один период:
где α - коэффициент затухания, характеризующий убыль амплитуды
колебаний в единицу времени;
A1 и A2 - величины двух амплитуд, отделенных друг от друга
интервалом в один период Т.
Величина декремента колебаний зависит от частоты, влажности,
температуры.

33.

Звуковые свойства древесины
Звукоизоляционная способность древесины характеризуется ослаблением
давления прошедшего через нее звука. Уровень звукового давления L в
децибелах (дБ) определяется по формуле:
где Р — измеренное звуковое давление, Н/м2
Ро — пороговое звуковое давление, равное 2·10 -5 Н/м2.
Величина звукоизоляции древесины R может быть оценена по разнице
уровней звукового давления L1 и L2 (дБ) перед и за перегородкой из
древесины:
R = L1 - L2
Звукоизоляционная способность материала оценивается также по
относительному
уменьшению
силы
звука,
называемому
коэффициентом звукопроницаемости τ и определяемому из
выражения:
где I1 — интенсивность звука перед преградой, Вт/м2;
I2 — интенсивность звука за преградой, Вт/м2.
Чем меньше коэффициент звукопроницаемости, тем выше звукоизоляция
материала.

34.

Звуковые свойства древесины
Между R и τ существует следующая зависимость:
Звукоизоляция преграды тем выше, чем больше плотность материала ρ
и чем меньше ее удельная жесткость Е/ρ.
Звукопоглощающая способность древесины. Способность древесины
поглощать звук вызвана рассеянием звуковой энергии в структурных
полостях и необратимыми тепловыми потерями вследствие
внутреннего трения. Ее показателем служит коэффициент
звукопоглощения α, характеризующий потерянную часть энергии. Он
равен отношению звуковой энергии, к энергии падающей волны Qпад:
Чем выше коэффициент α, тем лучше звукопоглощение.
Звукопоглощающая способность зависит от пористости материала.
Поэтому с ростом плотности звукопоглощающая способность
древесины может уменьшаться.

35.

Резонансные свойства древесины
Резонансные
свойства
древесины.
Способность
древесины
резонировать (усиливать звук без искажения тона) используется при
изготовлении дек музыкальных инструментов. Древесина способна к
звуковому излучению, но значительная часть подводимой от струны к
деке энергии расходуется на потери внутри древесины, только 3…5 %
общей энергии излучается в воздух в виде звука. Качество материала
оценивается по акустической константе К, м4/(кг · с) по формуле:
где Е — динамический модуль упругости, Н/м2;
ρ — плотность древесины, кг/м3.
Наибольшая величина акустической константы характерна для
древесины ели, пихты европейской и кавказской, кедра и составляет
примерно 12 м4/(кг·с). Разницы в константе излучения заболони и
спелой древесины нет.
Наилучшими
резонансными
свойствами
обладает
древесина
длительной выдержки (50 лет и более), так как за это время
изменяется содержание гемицеллюлоз, и такая древесина более
устойчива
к
температурно-влажностным
воздействиям,
а
инструменты, изготовленные из нее, отличаются большей
стабильностью звуковых характеристик.

36.

3. Механические свойства древесины
Механические свойства характеризуют способность древесины
сопротивляться воздействию внешних сил.
По характеру действия сил различают нагрузки статические и
динамические.
Статическими называются нагрузки, возрастающие медленно и
плавно. По продолжительности действия они делятся на
кратковременные и долговременные. Долговременные нагрузки
действуют очень продолжительное время.
Динамические нагрузки бывают ударными и вибрационными. Ударные
нагрузки действуют на тело мгновенно и в полную силу.
Вибрационными называются нагрузки, у которых меняются и
величина, и направление. Под воздействием внешних сил в
древесине нарушается связь между отдельными ее частицами и
изменяется форма. Из-за сопротивления древесины внешним нагрузкам в ней возникают внутренние напряжения.

37.

Механические свойства древесины
Древесина является анизотропным материалом, поэтому ее
механические свойства в значительной степени зависят от
направления действия нагрузки относительно волокон.
Показатели механических свойств древесины в значительной степени
зависят от ее влажности. Существенное влияние на механические
свойства древесины оказывает только связанная вода,
содержащаяся в клеточных стенках. Уменьшение количества
связанной воды ведет к увеличению прочности древесины.
Все показатели механических свойств древесины принято сравнивать
при нормализованной влажности, равной 12 %. Для того чтобы
довести влажность образцов до требуемой, их кондиционируют по
влажности, выдерживая при температуре 20 ± 2 оС и относительной
влажности воздуха 65 ± 5 % до равновесной влажности.
Для пересчета показателей механических свойств (кроме показателей
деформативности) к нормализованной влажности:
где В12 — показатель данного свойства при влажности 12 %;

38.

Механические свойства древесины
Вw — показатель свойства при влажности W;
W — влажность древесины в момент испытаний, %;
α — поправочный коэффициент на влажность, показывающий, насколько
изменяется показатель данного свойства при изменении влажности на 1 %.
Поправочный коэффициент на влажность α для всех пород при пересчете
предела прочности при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе
составляет 0,04, при сжатии и смятии поперек волокон — 0,035, при
скалывании вдоль и поперек волокон и перерезании волокон — 0,03, при
растяжении вдоль и поперек волокон — 0,01. При пересчете статической
твердости поправочный коэффициент равен 0,03, ударной — 0,02; при
раскалывании — 0,02.
Для пересчета показателей деформативности (модулей упругости, модулей
сдвига и коэффициентов поперечной деформации) используют формулу:
где С12 — показатель свойства при влажности 12 %;
Cw — показатель свойства при влажности W;
W — влажность древесины в момент испытаний, %;
α — поправочный коэффициент на влажность, показывающий, насколько
изменяется показатель данного свойства при изменении влажности на 1%.
Поправочный коэффициент на влажность α пересчете модуля упругости при
статическом изгибе, сжатии и растяжении вдоль волокон составляет 0,01;
при пересчете коэффициентов Пуассона — 0,02 , модулей сдвига — 0,03.

39.

3.1 Прочность древесины
Прочность древесины характеризует ее способность сопротивляться
разрушению под действием механических нагрузок. Она зависит от
направления действующей нагрузки, породы дерева, плотности,
влажности, наличия пороков.
Показателем свойства является предел прочности — максимальная
величина напряжения, которую образец выдерживает без
разрушения.
Различают основные виды действия сил: сжатие, растяжение, изгиб,
сдвиг.
3.1.1 Прочность древесины при сжатии
Сжатие вдоль волокон. При испытаниях используют образцы в виде
прямоугольной призмы с размерами основания 20х20 мм и высотой
30 мм.
При сжатии вдоль волокон направление действия
нагрузки совпадает с направлением волокон.
Образец нагружают с постоянной скоростью.
Деформация при сжатии выражается в
небольшом укорочении образца.

40.

Прочность древесины при сжатии
Разрушение при сжатии начинается с
продольного изгиба отдельных
волокон; во влажных образцах и
образцах из мягких и вязких пород оно
проявляется как смятие торцов или
выпучивание боков (рис.- а), а в сухих образцах и твердой древесине
вызывает сдвиг одной части относительно другой, иногда с
расколом (рис. - б, в).
Предел прочности σ вычисляют в МПа по формуле:
где Рmax — максимальная нагрузка, которую образец выдерживает без
разрушения, Н;
а и b — размеры поперечного сечения образца, мм.
Средняя величина предела прочности для всех пород составляет 50
МПа (при влажности 12 %). Прочность свежесрубленной древесины
в 2…2,5 раза ниже прочности комнатно-сухой древесины.

41.

Прочность древесины при сжатии
Сжатие поперек волокон. Прочность древесины при сжатии поперек
волокон примерно в десять раз ниже прочности при сжатии вдоль
волокон.
Различают два вида испытаний — на сжатие
и местное смятие поперек волокон. В
первом случае нагрузка прикладывается
равномерно по всей поверхности образца
(рис.-а), во втором нагрузка
прикладывается по всей ширине, но лишь
на части длины (рис. -б). В зависимости от особенностей строения
древесина
по-разному
сопротивляется
действию
усилий,
приложенных в радиальном и тангенциальном направлениях.
Условный предел прочности при сжатии поперек волокон σу.п , в МПа:
где Ру.п — нагрузка, Н;
а — ширина образца, мм;
ℓ — длина образца, мм.

42.

Прочность древесины при сжатии
При местном смятии поперек волокон σу.п :
где с — ширина выступа пуансона, мм.
У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук,
граб) прочность при радиальном сжатии в 1,5 раза выше, чем при
тангенциальном; у хвойных пород наоборот — прочность выше при
тангенциальном сжатии.
Сжатие поперек волокон наблюдается при изготовлении прессованной
древесины, местное смятие — в шпалах под рельсами.
3.1.2 Прочность древесины при растяжении
Растяжение вдоль волокон. Образцы для испытаний на растяжение
вдоль волокон имеют сложную форму (рис. ниже). Для получения
образцов изготовляют заготовки путем выкалывания, с тем чтобы
избежать перерезания волокон.
Образец имеет массивную головку и более тонкую рабочую часть. Это
необходимо для того, чтобы разрушение образца произошло в
средней части. Широкая грань рабочей части образца совпадает с
радиальным направлением для большего захвата годичных слоев. В
головках образца имеются отверстия, в которые перед испытанием
вставляют металлические пробки. Образцы помещают в захватах
испытательной машины, доводят до разрушения, отсчитывая по
шкале значение максимальной нагрузки.

43.

Прочность древесины при растяжении
Предел прочности σ w рассчитывают в МПа по формуле:
где Pmax — максимальная нагрузка, Н;
а — толщина рабочей части образца, мм;
b — ширина рабочей части образца, мм.
Деформация образца при растяжении выражается в
некотором его удлинении.
Разрушение происходит в виде разрыва вдоль волокон.
Характер разрушения может быть длинноволокнистый,
или защепистый, — для древесины с высокой
прочностью — и гладкий, или раковистый, — для
древесины с малой прочностью.
Предел прочности для древесных пород колеблется в
диапазоне от 67 МПа (у пихты) до 176 МПа (у белой
акации) и в среднем составляет 130 МПа.
Влажность образца оказывает незначительное влияние на
прочность древесины при растяжении (поправочный
коэффициент на влажность 0,015). На прочность при
растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние
строение древесины.
Прочность резко уменьшается при отклонении волокон от
направления продольной оси образца.

44.

Прочность древесины при растяжении
Растяжение поперек волокон. Для испытаний
используют образец, показанный на рис. Этот
образец по форме напоминает образец
испытания на растяжение вдоль волокон, но
имеет более массивную рабочую часть.
Испытания проводят так же, как и вдоль волокон,
предел прочности вычисляют также.
Прочность древесины при растяжении поперек
волокон очень мала и в среднем составляет 1/20
часть от предела прочности при растяжении
вдоль волокон, т. е. 6,5 МПа.
Наибольшую прочность на растяжение поперек
волокон
имеют
твердые
лиственные
рассеяннососудистые
породы,
у
кольцесосудистых прочность несколько ниже,
затем идут мягкие рассеяннососудистые породы.
Хвойные породы по сравнению с лиственными
имеют значительно меньшую прочность.

45.

3.1.3 Прочность древесины при статическом изгибе
Испытания проводят на образцах
прямоугольного сечения
размером 20х20х300мм.
Образец располагают на
опорах и нагружают одним
или двумя нажимными
ножами, доводят до
разрушения, отсчитывая по
шкале максимальную
нагрузку.
Предел прочности σ w в МПа при
нагружении в одной точке
вычисляют по формуле:
где Pmax — максимальная нагрузка, Н;
ℓ — расстояние между центрами опор, мм;
h и b — соответственно высота и ширина
образца, мм.

46.

Прочность древесины при статическом изгибе
Излом может быть защепистым, что говорит о высоком качестве древесины,
или гладким с небольшими тупыми выступами — у древесины низкого
качества.
При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои
древесины испытывают напряжения сжатия, а нижние — растяжения.
Примерно посередине высоты проходит нейтральная ось. В ее плоскости
возникают максимальные касательные напряжения.
Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому
разрушение начинается в сжатой зоне, а видимое — в растянутой и
выражается в разрыве крайних волокон.
Предел прочности зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород
прочность при изгибе составляет 100 МПа, т. е. в два раза больше предела
прочности при сжатии вдоль волокон. Благодаря высокой прочности при
изгибе древесина часто используется для работы на изгиб в деревянных
конструкциях и изделиях (балки, детали машин, мебели, тары).
Различие прочности при радиальном и тангенциальном изгибах
обнаруживается только для хвойных пород: предел прочности при
тангенциальном изгибе может быть на 10…12 % выше, чем при
радиальном.
При радиальном у лиственных пород прочность при изгибе в обоих
направлениях практически можно считать одинаковой (разница 2—4%).

47.

Прочность древесины при сдвиге
Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали
относительно другой, называются сдвигом. Различают три случая
сдвига: скалывание вдоль волокон, скалывание поперек волокон и
перерезание древесины поперек волокон. Схемы действия сил при
этих испытаниях показаны на рис.
Скалывание вдоль волокон — одно из важнейших
механических свойств древесины. Для испытания
на скалывание вдоль волокон используют
образец, форма и размеры которого показаны на
рис. Скалывание может быть в радиальной и
тангенциальной плоскостях, форма образцов для
обоих случаев одинакова.

48.

Скалывание вдоль волокон
Образец устанавливают в специальном приспособлении таким
образом, что опорой является выступ, а нагружается основная часть
образца.
Предел прочности σ w в МПа рассчитывается по формуле:
где Pmax — максимальная нагрузка, Н;
b и ℓ — соответственно ширина и длина выступа, мм.
Прочность древесины при скалывании вдоль волокон у лиственных
пород примерно в 1,6 раз выше, чем у хвойных. При
тангенциальном скалывании прочность древесины лиственных
пород на 10…30 % выше, чем при радиальном. При этом у пород,
имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), это
превышение максимальное. У хвойных пород прочность при
радиальном и тангенциальном скалывании примерно одинакова.
Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 прочности
при сжатии вдоль волокон.
Скалывание поперек волокон. Испытание на скалывание проводят на
образцах, имеющих более сложную форму (рис.ниже). Для
предотвращения вырыва волокон у обоих концов выступа делают
ограничительные пропилы. Процедура испытаний такая же, как и в
предыдущем случае. Предел прочности рассчитывается по той же
формуле, что и при скалывании вдоль волокон. Прочность при
скалывании поперек волокон в два раза меньше, чем вдоль.

49.

Перерезание волокон
Перерезание волокон. Испытание проводят на образцах в виде
пластинки 5х20х50 мм. Нагрузка передается через подвижный нож .
Предел прочности σ w в МПа вычисляют по формуле:
где Pmax — максимальная нагрузка, Н;
a и b — размеры поперечного сечения образца, мм.
Прочность при перерезании поперек волокон в четыре раза выше, чем
при скалывании вдоль волокон.
Древесина в деревянных конструкциях часто работает на скалывание
вдоль волокон (в соединениях стропильных ферм способом
лобовых врубок), поперек волокон (шпунтовые соединения) и
перерезание поперек волокон (шкантовые соединения).

50.

3.2 Деформативность древесины
Деформативностью называют способность древесины изменять свои
размеры и форму под воздействием усилий.
Показателями деформативности являются модули упругости,
коэффициенты поперечной деформации, модули сдвига.
3.2.1 Модули упругости древесины
В условиях кратковременного воздействия сравнительно небольших
нагрузок древесина ведет себя как упругое тело, зависимость между
напряжениями и деформациями близка к линейной, т. е. древесина
подчиняется закону Гука. Способность древесины деформироваться
характеризует показатель жесткости — модуль упругости.
Модуль упругости E w в ГПа при растяжении (сжатии):
где σ — напряжение, МПа;
ε - деформация (относительное удлинение или укорочение).

51.

Модули упругости древесины
Определение значений Еr , Еt , Еa при сжатии проводят на
образцах в виде призм, имеющих размеры 20х20х60 мм, при
этом длинная сторона призмы должна быть ориентирована,
соответственно, вдоль волокон, в радиальном или
тангенциальном
направлениях
(рис.).
Методика
стандартизирована. Для проведения испытаний используются
механические рычажно-стрелочные тензометры с базой 20 мм
или тензорезисторы.

52.

Коэффициенты поперечной деформации
При сжатии или растяжении древесины, кроме продольной
деформации, появляется еще и поперечная.
Коэффициентом поперечной деформации, или коэффициентом
Пуассона, называется отношение относительной поперечной
деформации к относительной продольной деформации.
Коэффициент µ определяется из соотношения:
где εпоп — относительная поперечная деформация;
εпр — относительная продольная деформация.
Для ортотропного тела (т. е. имеющего три взаимно перпендикулярные
плоскости структурной симметрии, являющиеся одновременно
плоскостями симметрии механических свойств), каким является
древесина, характерно наличие шести коэффициентов поперечной
деформации: µra , µta , µar , µtr , µat , µrt . Метод определения
коэффициентов поперечной деформации стандартизован.
Образцы для испытаний имеют форму прямоугольной призмы с
размерами 30х30х60 мм. Определение µ проводят при испытании
на сжатие.

53.

Коэффициенты поперечной деформации
Средние величины перемещений в продольном (∆ℓ) и в поперечных
(∆c и ∆d) направлениях вычисляют по формулам:
Для обозначения коэффициентов поперечной деформации µ при различных
направлениях сжатия относительно направления годичных слоев и
волокон при µ ставят два индекса, из которых первый означает
направление поперечной деформации, а второй - направление сжатия,
вызвавшего поперечную деформацию, или направление действия
сжимающей нагрузки. Наибольшим по величине коэффициентом является
µtr , а наименьшими — коэффициенты µar и µat (на порядок ниже).

54.

Модули сдвига
Модуль сдвига — это коэффициент пропорциональности между
касательными напряжениями τ и угловыми деформациями γ.
Для древесины, как ортотропного тела, определяют три модуля сдвига
Gta, Gra, Gtr (индексы обозначают направления, между которыми
происходит изменение прямого угла). Модули сдвига могут быть
определены косвенным путем при испытании на сжатие (или
растяжение) образцов, оси которых параллельны одному из главных
направлений и составляют углы 45 о с другими главными
направлениями упругой симметрии. При этом модуль сдвига G в ГПа
можно определить по формуле:
На каждом образце измерение
деформаций производят
последовательно сначала в
продольном, затем
в поперечном направлениях.

55.

3.3 Твердость древесины
Твердостью называется способность древесины сопротивляться
внедрению в нее более твердых тел. Различают статическую и
ударную твердость.
Статическая твердость. Испытания на статическую твердость
проводятся путем вдавливания с небольшой скоростью
пуансона в поверхность образца. Образец имеет форму куба
со стороной 50 мм. В качестве пуансона используется
стержень с полусферическим концом с радиусом r = 5,64 мм
(рис.). Испытания проводятся на торцовой, тангенциальной и
радиальной поверхностях образца. Под действием усилия
пуансон вдавливается в древесину на глубину радиуса
полусферы (5,64 мм). При указанных размерах полусферы
площадь проекции отпечатка составляет 100 мм2.
Статическую твердость Hw в Н/мм2 определяют по формуле:
где Р — нагрузка, необходимая для вдавливания
пуансона на глубину 5,64 мм, Н;
r — радиус пуансона, мм.

56.

Твердость древесины
Если наблюдается раскалывание образцов, то пуансон вдавливают на
меньшую глубину (2,82 мм), и твердость определяют по формуле:
В обоих случаях определяют усилие, приходящееся на единицу площади
проекции отпечатка.
Торцовая твердость выше тангенциальной и радиальной на 30…40 %. При
повышении влажности твердость снижается.
По степени твердости торцовой поверхности все отечественные древесные
породы при 12 %-й влажности можно разбить на три группы: мягкие (Н12 ≤
40 Н/мм2) — ель, сосна, кедр, пихта, тополь, липа и др.; твердые (40< Н12 ≤
80 Н/мм2) — береза, бук, клен, ясень, лиственница и др.; очень твердые
(Н12 > 80 Н/мм2) — граб, белая акация, самшит, кизил, береза железная,
фисташка и др.
Для лиственных пород принято еще одно деление по твердости на две
группы: мягколиственные (твердость древесины ≤ 49 Н/мм2) и
твердолиственные (твердость ≥ 50 Н/мм2).

57.

Ударная твердость
Ударная твердость. При испытании на ударную твердость мерой
твердости служит величина отпечатка, получающегося на
исследуемой поверхности древесины после сбрасывания на нее с
высоты 0,5 м стального шарика диаметром 25 мм, т. е. при
постоянной работе. Отпечаток имеет овальную форму; больший
диаметр его направлен поперек волокон, а меньший — вдоль. На
каждом образце размером 20х20х150 мм делают три отпечатка с
расстоянием между ними 40 мм. Твердость Нw при данной
влажности вычисляют в Дж/см2 по формуле:
где G — вес шарика, Н;
h — высота падения шарика, м;
d 1 и d 2 — диаметры отпечатка, см.

58.

4. Технологические свойства древесины
4.1 Ударная вязкость
Многие элементы конструкций и изделий из древесины во время
эксплуатации подвергаются действию динамических нагрузок.
Способность древесины сопротивляться этому виду нагрузок
характеризуется максимальной работой, поглощенной образцом
без разрушения, и называется ударной вязкостью. Чем больше
величина работы, затраченной на разрушение образца, тем выше
его ударная вязкость. Если древесина хрупкая, то для разрушения
образца затрачена меньшая по величине работа.
Ударная вязкость определяется при испытаниях на ударный изгиб. Для
испытаний применяют маятниковый копер, образец древесины
имеет такую же форму и размеры, что и при испытаниях на
статический изгиб.

59.

Ударная вязкость
В исходном положении маятник обладает запасом энергии,
определяемым высотой его подъема h1. При падении маятник одним ударом разрушает образец и поднимается на высоту h2.
Израсходованную на разрушение образца энергию можно определить
по разнице высот h1 и h2. Шкала копра обычно градуирована в Дж.
Ударную вязкость Аw в Дж/см2 определяют из выражения:
где Q — работа, затраченная на излом образца при данной
влажности, Дж;
b и h — соответственно ширина и высота образца, см.

60.

4.2 Износостойкость
Под действием механических усилий (трения) поверхность древесины
изнашивается (в полах, лестницах, палубах, вкладышах подшипников,
осях).
Износостойкость
древесины
характеризует
способность
поверхностных слоев противостоять износу, то есть разрушению в
процессе трения.
Имеется два способа испытаний на износостойкость. Стандартный метод
испытаний - используют специальную машину, которая обеспечивает
истирание древесины при возвратно-поступательном движении образца с
одновременным его поворотом. Образцы имеют размеры 50х50х20 мм.
Перед испытанием измеряют высоту образца и определяют его массу.
Образец жестко закрепляют на диске машины, опускают груз, на
поверхности которого укреплена шкурка, и включают машину. Через 10
мин машину останавливают, образец вновь измеряют и взвешивают и
вычисляют показатель истирания t в мм по формуле:
или в %
где h — высота образца, мм;
m1 — масса образца до истирания, г;
m2 — масса образца после истирания, г.
Износ древесины с боковой поверхности больше, чем с торцовой. Износ
уменьшается с повышением твердости и плотности древесины. Влажность
увеличивает износ древесины. Для изучения истирания в трущихся деталях
используют другой метод испытаний.

61.

4.3 Способность древесины удерживать крепления
Способность древесины удерживать гвозди, шурупы, скобы, костыли и
другие крепления имеет важное практическое значение.
При вбивании гвоздя в древесину перпендикулярно волокнам
происходит частичное разрушение (перерезание) волокон и
возникают упругие деформации примыкающих к нему областей.
Волокна древесины изгибаются, раздвигаются и оказывают на
боковую поверхность гвоздя давление, которое вызывает трение,
удерживающее гвоздь в древесине. Способность древесины
удерживать крепления характеризуется сопротивлением
выдергиванию.
где Pmax — зафиксированная максимальная нагрузка, Н;
ℓ — глубина забивания (ввинчивания) гвоздя (шурупа) в древесину,
мм.
Величина сопротивления выдергиванию зависит от направления
гвоздя или шурупа по отношению к волокнам, породы древесины и
плотности. Для выдергивания гвоздя, вбитого в торец, требуется на
10…50 % меньшее усилие, чем для выдергивания такого же гвоздя,
забитого поперек волокон. Чем больше плотность древесины, тем
выше сопротивление выдергиванию гвоздя или шурупа.