Что относится к механическим свойствам древесины?

Содержание

Механические и физические свойства древесины

Что относится к механическим свойствам древесины?

Физическими свойствами древесины называются такие, которые можно определить без нарушения целостности испытываемого образца и изменения ее химического состава, т.е. путем осмотра , взвешивания, измерения, высушивания. К физическим свойствам относятся: внешний вид и запах, плотность, влажность и связанные с нею изменения, усушка, разбухание, растрескивание и коробление. Кроме того, физические свойства определяют ее электро-, звукопроводимость, теплопроводность, показатели макроструктуры.

Физические свойства древесины

  • Цвет ей придают находящиеся в ней дубильные, смолистые и красящие вещества, которые находятся в полостях клеток.
  • Цвет имеет важное значение в производстве мебели, музыкальных инструментов, столярных и художественных изделий. Насыщенный богатством оттенков цвет придает изделиям из древесины красивый внешний вид. Цвет некоторых пород улучшают, подвергая различной обработке, пропариванию(дуб, каштан) или окрашиванию различными химическими веществами. Цвет древесины и его оттенки характеризуются красным, белым, розовым и лишь при особой необходимости – атласом или шкалой цветов.
  •  Блеск- способность направленно отражать световой поток, который зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Особым блеском отличается древесина бука, клена, ильма, платана, белой акации, дуба.
  •  Блеск придает ей красивый вид и может быть усилен полированием, лакированием, вощением или оклеиванием прозрачными пленками из искусственных смол.
  •  Текстура- рисунок, который получается на разрезах древесины при перерезании ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лучей. Он зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород и направления разреза. Особенно красивый рисунок имеют поверхности из древесины неправильного и путаного(свилеватого) расположения волокон(капы, наросты).
  •  Текстура определяет декоративную ценность древесины, что особенно важно при художественном оформлении мебели, различных поделок, украшении музыкальных инструментов и т.д.
  • Запах зависит от находящихся в ней смол, эфирных масел, дубильных и других веществ. Характерный запах скипидара имеют хвойные породы- сосна, ель. Дуб имеет запах дубильных веществ, бакаут и палисандр- ванили.
  •  Ядро пахнет сильнее заболони. По запаху древесины можно определить отдельные породы.

Влажность древесины

Под влажностью понимают отношение количества удаленной влаги к массе древесины в абсолютно сухом состоянии. Влажность выражается в процентах. Абсолютно сухую древесину в небольших образцах можно получить путем высушивания ее в специальных шкафах. В природе и на производстве она всегда содержит в себе то или иное количество влаги. Различают следующие ступени влажности:

  • мокрая- длительное время находившаяся в воде, влажность выше 100%;  
  • свежесрубленная – влажность 50-100%; 
  • воздушно-сухая – долгое время хранившаяся на воздухе, влажность – 15-20% (в зависимости от климатических условий и времени года);   
  • комнатно-сухая – влажность-8-12% и  
  • абсолютно сухая – влажность -0%.

Усушка древесины

Усушкой называется уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Усушка начинается после полного удаления свободной влаги и с начала удаления связанной влаги. По величине усушки наши древесные породы можно разделить на три группы:

  1. малоусыхающие (коэффициент объемной усушки не более 0,40%) – ель сибирская и обыкновенная, пихта сибирская, кедры сибирский и корейский, тополь белый;  
  2. среднеусыхающие (коэффициент объемной усушки – от 0,40 до 0,47%) – бук восточный, вяз, дуб, липа мелколистная, ольха черная, осина, пихта белокорая кавказская и маньчжурская, тополь черный. ясень;  
  3. сильноусыхающие (коэффициент объемной усушки -0,47% и более) – березы, плакучая и белая, бук восточный, граб,  лиственницы, сибирская и даурская, клен остролистый.

Напряжения, которые возникают без участия внешних сил, называют внутренними. Причина образования напряжений при сушке древесины- неравномерность распределения влаги.

  • Вначале испаряется влага с поверхостных слоев древесины. Если в поверхостных слоях влажность снизится за предел гигроскопичности, то происходит усушка. Однако из-за сопротивления более влажных внутренних слоев поверхостные слои усохнут не полностью.В результате этого в древесине появляются напряжения, растягивающие ее в поверхостных зонах и сжимающие во внутренних.
  • При снижении влажности за предел гигроскопичности во внутренней зоне она также начнет усыхать.Это приводит к тому, что растягивающие напряжения в поверхостной зоне уменьшатся. Однако полностью они не исчезают. Из-за остаточных удлинений в поверхостных зонах нормальная усушка внутренней зоны задерживается. Тогда во внутренней зоне появятся растягивающие напряжения, а в поверхостных зонах – сжимающие, т.е. напряжения переменят знак.
  • Если растягивающие напряжения достигнут предела прочности на растяжение поперек волокон, то могут возникнуть трещины в начале сушки на поверхности, а в конце – внутри.
  • При высыхании или увлажнении древесины изменяется форма поперечного сечения доски. Такое изменение формы называется короблением.
  • Разбухание вызывается увеличением линейных размеров и объема древесины, повышением содержания связанной влаги.

Плотность 

  • Плотность зависит от влажности. Поэтому все показатели физико-механических свойств должны приводится к стандартной влажности 12%.
  • С увеличением влажности плотность древесины увеличивается. Например, плотность бука при влажности 12%  составляет 670 кг/м, а при влажности 25-710 кг/м.
  • Между плотностью и прочностью существует тесная связь. Более тяжелая древесина , как правило , является более прочной.

По плотности при влажности 12% древесину можно разделить на три группы:

  1. породы малой плотности (510кг/м и менее): сосна, ель, пихта, кедр, тополь, липа, ива, ольха, каштан, орех манчжуйский, бархатное дерево);
  2. породы средней плотности (550-740 кг/м): лиственница, тис, береза, бук, вяз, груша, дуб, ильм. карагач, клен, платан, рябина, яблоня, ясень;
  3. породы высокой плотности (750 кг/м и выше): акация белая, береза железная, граб, самшит. саксаул, фисташка, кизил.

Древесину с высокой плотностью особенно ценят на производстве за ее прочность и хорошую обрабатываемость.

Теплопроводность, звукопроводимость, электропроводность

Теплопроводностью называется ее способность проводить тепло через свою толщину от одной поверхности к другой. Теплопроводность сухой древесины незначительна, что объясняется пористостью ее строения.

  • Звукопроводимость — свойство материала проводить звук с определенной скоростью. В ней быстрее всего звук распространяется вдоль волокон, медленнее – в радиальном и тангентальном направлениях. Звукопроницаемость древесины в продольном направлении в 16 раз, а в поперечном –в3-4 раза больше звукопроницаемости воздуха. Это отрицательное свойство требует при устройстве деревянных перегородок, потолков и т.д. применения звукоизолирующих материалов. Способность усиливать звук широко используется при изготовлении музыкальных инструментов. Наилучший тип для этого – древесина ели, пихты кавказской и сибирского кедра.
  • Электропроводность характеризуется ее сопротивлением прохождению электрического тока. Она зависит от породы, температуры, направления волокон и ее влажности.

Механические свойства 

Механические свойства характеризуют способность древесины сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок). По характеру действия сил различают нагрузки статические, динамические, вибрационные и долговременные. Статическими называют нагрузки, возрастающие медленно и в полную силу. Вибрационными   называют нагрузки, у которых меняются и величина, и направление. Долговременные нагрузки действуют в течение очень продолжительного времени. Динамические, или ударные, нагрузки действуют на тело мгновенно и в полную силу. К механическим свойствам относятся прочность, твердость, деформативность, ударная вязкость.

  1. Прочность определяется ее сопротивлением действию механических сил: растяжению, сжатию, изгибу, скалыванию.
  2. Твердостью называется способность сопротивляться проникновению твердых тел. Она имеет существенное значение при обработке ее режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц, перил.
  3. Деформативностью называют способность древесины изменять свои размеры и форму при воздействии.
  4. Ударная вязкость характеризует способность поглощать работу при ударе без разрушения. Древесина лиственных пород в среднем имеет ударную вязкость в 2 раза большую, чем у хвойных пород.

Технологические свойства 

Способность удерживать металлические крепления. При вбивании гвоздя в древесину перпендикулярно волокнам они частично перерезаются, частично изгибаются; волокна древесины раздвигаются и оказывают на боковую поверхность гвоздя давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь в древесине. Наибольшей способностью к гнутью обладают лиственные кольцесосудистые породы (дуб, ясень) и рассеянно-сосудистые( береза). У хвойных пород способность к гнутью невысокая. У влажной способность к гнутью выше, чем у сухой.   

Износостойкость характеризуется ее способностью противостоять износу, т.е. разрушению в процессе трения.

Источник: http://www.lobzikov.ru/look_87.html

Источник: https://www.breegs.ru/blog/p/180

15 физических свойств древесины

Что относится к механическим свойствам древесины?

Испытания, которые не приводят к изменению химического состава древесины, выявляют ее физические свойства. К физическим относят следующие свойства древесины:

  • Внешний вид
  • Влажность
  • Усушка
  • Коробление
  • Влагопоглощение
  • Разбухание
  • Водопоглощение
  • Плотность
  • Проницаемость
  • Тепловые свойства
  • Звукопроводность
  • Электропроводность
  • Электрическая прочность
  • Диэлектрические свойства
  • Свойства, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений

Рассмотрим каждое из физических свойств древесины более подробно.

Внешний вид древесины

К внешнему виду, в разрезе физических свойств древесины относят следующие:

  • Цвет древесины, одна из важнейших характеристик внешнего вида. Для некоторых пород древесины, цвет настолько характерен, что может быть признаком для распознавания. Цвет может быть различным, в зависимости от породы дерева, климата, где оно выросло, а также его возраста. Различная древесина, под воздействием воздуха, света, поражения грибами, длительном пребывании в воде, может значительно изменять свой цвет от первоначального, который был сразу после спила дерева.
  • Блеск это способность поверхности древесины, отражать поток света. Из самых используемых пород древесины, в России, самыми «блестящими» породами являются: дуб, бук, белая акация, бархатное дерево
  • К текстуре и макроструктуре относят рисунок, который образуется вследствие перерезания сердцевинных лучей, сосудов и годичных слоев, на поверхности древесины. Оценка качества по внешнему виду происходит по ширине годичных слоев и содержания поздней древесины

Влажность древесины

Отношение массы воды, содержащейся в древесине к массе сухой древесины является физическим показателем влажности древесины. Влажность древесины вычисляют прямым и косвенным методами.

К косвенному методу относится измерение кондуктометрическим электровлагомером, который определяет электропроводность древесины. Использование косвенного метода экономит время, но его показания могут иметь погрешность до 30%.

Прямые методы занимают значительно больше времени для измерения влажности. Суть прямых методов заключается на выделении тем или иным образом воды из древесины, при высушивании, например.

Вода, содержащаяся в древесине различают по двум типам — связанную, находящуюся в клеточных стенках и свободную, находящуюся в полостях клеток и межклеточных пространствах. Свободная вода удаляется легче, чем связанная.

Показатель нормализованной влажности составляет 12%, если нет примечаний.

По степени влажности различают

  • Мокрую древесину, которая долго находилась под водой (100%)
  • Свежесрубленную древесину, которая имеет влажность растущего дерева (50-100%)
  • Воздушно-сухую древесину, которая сохла на открытом воздухе (15-20%)
  • Комнатно-сухую, которая длительное время находилась в отапливаемом помещении (8-12%)
  • Абсолютно сухую, которая была высушена в специальных камерах, с температурой 103+-2 градуса по Цельсию.

Усушка древесины

При удалении связанной воды происходит уменьшение объема древесины и линейных размеров. Это свойство и называют усушка. Усушки не вызывает удаление свободной воды. Большее количество клеточных стенок на единицу объема древесины, способствует более сильной усушке.

  • Усушку древесины необходимо учитывать при распиловке бревен на доски, так называемые припуски на усадку. Например, при сушке пиломатериалов и т. д.
  • Усушка, в разных направлениях неодинакова. Так, в радиальном направлении усушка меньше в 1,5-2 раза, чем в тангенциальном.
  • Максимальная усушка происходит при удалении всего количества связанной воды.

Без участия внешних нагрузок, в древесине возникает внутреннее напряжение, которое образуется при неодинаковых изменениях объема древесины.

В поверхностных зонах доски влажность ниже, чем в центре. Поэтому из-за того что свободная сушка стеснена, возникают напряжения «растягивающие». При этом внутри доски возникают сжимающие напряжения.

Если будет достигнут предел прочности на растяжение поперек волокон, растягивающего напряжения, на древесине появятся трещины. Внутренние и поверхностные.

Коробление древесины

Коробление древесины различают поперечную и продольную. Под термином «коробление» понимают изменение формы пиломатериалов.

Коробление может происходить при выпиловке, неправильном хранении, при несимметричном строгании,ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных направлений. Чаще всего при сушке. Из-за усушки по разным структурным направлениям.

Покоробленность делят на два вида: продольная (по кромке, по пласти и крыловатость) и поперечная

Влагопоглощение древесины

Влагопоглощение из окружающего воздуха древесиной не зависит от породы. Способность к влагопоглощению это отрицательная характеристика древесины. Поэтому изделия и постройки из дерева покрывают различными пленочными и лакокрасочными материалами.

Увлажненная древесина становится хуже, ухудшаются ее механические характеристики и биостойкость.

Разбухание древесины

При повышении в древесине связанной воды происходит изменение объема и линейных размеров, которое происходит при нахождении древесины в воде или на влажном воздухе.

Поперек волокон древесина разбухает больше, чем вдоль волокон. Разбухание, в целом, отрицательное свойство, но полезно для обеспечения плотности соединений элементов, например в бочках, судах.

Водопоглощение древесины

Древесина способна увеличивать свою естественную влажность при непосредственном контакте с водой. Количество свободной воды зависит от объема полостей. Чем больше плотность древесины, тем меньше ее влажность и тем больше у нее водопоглощение.

Для получения целлюлозы и при пропитке древесины растворами антисептиков и протрав, способность поглощать влагу является важным и весьма полезным.

Плотность древесины

Плотность древесины выражается в кг/м3 или г/см, характеризуется массой единицы объема материала.

Для оценки качества сырья в деревообработке, основным показателем плотности является базисная плотность. Базисная плотность выражается отношением массы абсолютно сухого образца к его объему при влажности, равной или выше предела насыщения стенок клеток древесины.

По плотности древесину разделяют на три группы (при 12 процентной влажности):

  • Малая (менее 540 кг/м3)
  • Средняя (550-740 кг/м3)
  • Высокая (более 740 кг/м3)
Читайте также  Как правильно работать стамеской по дереву?

Проницаемость древесины

Степень проницаемости определяют, выявляя способность древесины пропускать газы или жидкости под давлением

Тепловые свойства древесины

Тепловые свойства древесины складываются из трех показателей:

  • Теплоемкость удельная это количество теплоты, необходимое для нагревания одного килограмма древесины на один градус. Это показатель способности древесины аккумулировать тепло.
  • Теплопроводность характеризует свойство, которая определяет интенсивность переноса тепла в древесине.
  • Тепловое расширение-это увеличение объема и линейных размеров древесины при нагревании

Звукопроводность древесины

Скорость распространения звука в древесине определяет ее звукопроводность. Самая низкая звукопроводность в тангентальном направлении волокон. Самая высокая звукопроводность у древесины наблюдается вдоль волокон, средняя – в радиальном направлении.

В 16 раз звукопроводность древесины в продольном направлении превышает звукопроводность воздуха. В поперечном в 4 раза. Это свойство называют резонированием звука. Используется при изготовлении музыкальных инструментов

Электропроводность древесины

Способность древесины проводить электрический ток. Эта способность древесины находится в обратной зависимости от электрического сопротивления.

Сухую древесину относят к диэлектрикам. Сопротивление уменьшается с повышением влажности древесины.

В десятки миллионов раз снижается сопротивление при увеличении связанной воды в древесине.

Диэлектрические свойства древесины

Диэлектрические свойства характеризуют поведение древесины в переменном электрическом поле.

Диэлектрическая проницаемость равна отношению емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости конденсатора с воздушным зазором между электродами

Под действием механических усилий на поверхности древесины возникают электрические заряды проявляются пьезоэлектрические свойства древесины.

Свойства древесины, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений

  • Для определения качества древесины используют ультрафиолетовые лучи, которые вызывают свечение.
  • Для выявления скрытых пороков используют рентгеновские лучи
  • Для определения плотности, обнаружения гнилей в рудничной стойке, строительных конструкциях используют гамма-излучения
  • Для выжигания деталей сложной конфигурации используют световое лазерное излучение
  • По характеру отражения инфракрасных лучей определяют наличие видимых пороков древесины

Подпишитесь на наш канал Яндекс Дзен!

Источник: Древология.Ру

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5c26407c5c17e000a9859ded/5caa6f833ad9ac00af2c976e

Свойства древесины: плотность, твёрдость, влажность и др

Что относится к механическим свойствам древесины?

  Очень важную роль в строительстве играет качество материалов. Как и другие строительные материалы, древесина (любые пиломатериалы) различается по свойствам и характеристикам. Зависят эти характеристики от породы дерева, применяемого в качестве используемого материала. Для тех или иных задач и назначений подбирают соответствующие породы древесины, способные выполнять поставленные перед ними задачи.

Плотность древесины

Что такое плотность древесины

  Плотность древесины — это отношение массы древесины к объёму древесины, то есть плотность определяется массой древесного вещества в единице своего объёма. Выражается плотность в кг/м³.

  Плотность древесины зависит от её влажности. Как и все остальные показатели физико-механических свойств древесины, она определяется при влажности 12 %. Между прочностью и плотностью существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной. При определении плотности древесинного вещества его массу определяют взвешиванием, а объем рассчитывают по разнице объема образца древесины и объема жидкости, заполнившей пустоты в этом образце.

  По плотности древесины при влажности 12 % все породы делят на три группы:

  • с малой плотностью (540 кг/м³ и меньше-) — бальза, ель, пихта, сосна, кедр, можжевельник, тополь, осина, ива, липа, ольха, каштан;
  • средней плотности (540…740 кг/м³) — лиственница, берёза, бук, дуб, клён, ясень, орех грецкий, рябина, яблоня, груша, вяз (карагач), лещина;
  • высокой плотности (750 кг/м³ и более+) — акация, граб, береза железная, дуб, ясень, самшит, фисташка.

  Необходимо отметить, что почти вся древесина у хвойных пород деревьев, за исключением лиственницы и некоторых видов сосны, имеет низкую плотность.

Твёрдость древесины

  Твёрдость древесины, в первую очередь, зависит от породы. Условия роста дерева также влияют на этот показатель (одна порода древесины может иметь различную твердость в зависимости от окружающих природных условий, в которых росло конкретное дерево). Также на величину твердости влияет влажность древесины. В европейских странах и в России принято измерять твердость по методу Бринелля, в США — по методу Янка (Janka). Твердость древесины в пределах одной породы может отличаться в зависимости от распила (У торцовой поверхности твердость выше, чем у тангенциальной и радиальной в среднем на 30 % у лиственных и на 40 % — у хвойных пород.).

  Суть метода Бринелля заключается в способности древесины сопротивляться внедрению (вдавливанию) в неё более твёрдого тела (индентора). При измерениях по Бринеллю используются инденторы в виде шариков из закалённой стали. Первоначально индентор устанавливают на проверяемом образце древесины, следом прилагается основная нагрузка.

Спустя определенное время после приложения, нагрузку снимают и измеряют глубину оставшегося на дереве отпечатка. Рассчитывают твёрдость древесины по Бринеллю таким образом: приложенную нагрузку делят на площадь поверхности отпечатка, при этом соответствующими нормативными документами определены диаметры индентора и время экспозиции.

  При методе Янка также используется индентор в виде металлического шарика, однако оценивается не глубина вдавливания, а сила, которую надо приложить, чтобы вдавить шарик в древесину на половину диаметра.

Все древесные породы по твёрдости делят на три группы:

  1. мягкие породы (торцовая твёрдость равна или меньше 38,5 Мпа). К мягкой древесине относят: ель, сосну, кедр, пихту, тополь, липу, осину, ольху.
  2. твёрдые (торцовая твёрдость породы древесины от 38,5 до 82,6 МПа). К этой группе относятся: берёза, лиственница сибирская, бук, клён, карагач, ясень, яблоня.
  3. очень твёрдые (торцовая твёрдость более 82,6 МПа). В эту группу входят: акация белая,керуинг, берёза железная, самшит, кизил.

Влажность древесины

  Влажность это соотношение массы влаги (воды), находящейся в данном объёме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах ( % ). В древесине вода пропитывает клеточные оболочки и заполняет полости клеток и межклеточные пространства. Влага, пропитывающая клеточные оболочки, называется связанной. Влага, заполняющая полости клеток и межклеточные пространства, называется свободной.

Различают следующие степени влажности древесины:

  Мокрая — длительное время находящаяся в воде. Влажность мокрой древесины выше 100 %.

Свежесрубленная (свежепил) — влажность такой древесины от 50 до 100 %.

  Воздушно-сухая — к этой категории относится древесина долгое время хранившаяся на воздухе. Её показатели влажности зависят от влажности окружающего воздуха, но в среднем находятся в пределах от 20 до 35 %.

  Базовая (влажность 15 — 20 %) в зависимости от климатических условий и времени года, такая древесина показывает содержание влаги от 15 до 20 %.

Комнатно-сухая влажность 8 — 12 %

Абсолютно сухая влажность 0 %, древесина высушена при температуре t = 103°C.

  влаги в стволе растущего дерева изменяется по высоте и радиусу ствола, а также в зависимости от времени года. Например, влажность заболони сосны в 3 раза выше влажности ядра. У лиственных пород изменение влажности по диаметру более равномерное. По высоте ствола влажность заболони у хвойных пород увеличивается вверх по стволу, а влажность ядра не изменяется. У лиственных пород влажность заболони не изменяется, а влажность ядра вверх по стволу снижается.

  Влажность у молодых деревьев выше и её колебания в течение года больше, чем у старых деревьев. Наибольшее количество влаги содержится в зимний период (ноябрь-февраль), минимальное – в летние месяцы (июль-август).

КОЭФФИЦИЕНТЫ УСУШКИ ДРЕВЕСИНЫ, %

Порода Усушка
объёмная в тангенциальном направлении в радиальном направлении
Лиственница 0,52 0,35 0,19
Сосна 0,44 0,28 0,17
Ель 0,43 0,28 0,16
Пихта 0,39 0,28 0,11
Кедровая сосна 0,37 0,26 0,12
Берёза 0,54 0,31 0,26
Бук 0,47 0,32 0,17
Ясень 0,45 0,28 0,18
Осина 0,41 0,28 0,14

Усушка, разбухание и коробление древесины

  Усушка — это уменьшение объёма древесины и линейных размеров при удалении из неё связанной влаги. Удаление свободной влаги не вызывает усушки. Она начинается только после полного удаления свободной влаги в момент начала удаления влаги связанной. Чем больше клеточных стенок в единице объёма древесины, тем больше в ней связанной воды и выше усушка.Усушка древесины не одинакова в разных направлениях: в тангенциальном направлении в 1,5 — 2 раза больше чем в радиальном.

  В среднем линейная усушка древесины наиболее большинства пород в тангенциальном направлении составляет 8 — 10 %, в радиальном 3 — 7 %, а вдоль волокон 0,1 — 0,3 %. Полная объёмная усушка находится в пределах 11 — 17 %. Усушка древесины учитывается при распиловке брёвен на доски (припуски на усадку), при сушке пиломатериалов и т.д.

  При сушке в древесине, вне зависимости от участия внешних нагрузок, возникают внутренние напряжения. Они образуются в результате неодинаковых изменений объёма тела при сушке (сушильные напряжения), пропитке и в процессе роста дерева. Полные сушильные напряжения удобно представить, как совокупность двух составляющих — влажностных и остаточных напряжений.

  Влажностные напряжения вызваны неоднородной усушкой материала. В поверхностных слоях древесины, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а во внутренних — сжимающие. Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций. Остаточные напряжения, в отличие от влажностных, не исчезают при выравнивании влажности в доске и наблюдаются как во время сушки, так и после её полного завершения.

  Если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжение поперёк волокон, появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки.

  Наличие различных напряжений внутри древесины может привести к её короблению.

  Коробление — это изменение формы древесины при сушке, хранении, и выпиловке. Чаще всего коробление происходит из-за различной степени усушки по разным структурным направлениям. Коробление может возникать и при механической обработке сухих пиломатериалов: при несимметричном строгании, ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных напряжений.

  Разбухание — это увеличение линейных размеров и объёмов древесины при повышении содержания связанной влаги. Оно происходит при увлажнении древесины и представляет собой явление, обратное усушке. Разбухание наблюдается при увеличении влажности до предела гигроскопичности. Наибольшее разбухание происходит по ширине волокон (тангенциально), наименьшее – вдоль волокон.

  Разбухание, также как и усушка — отрицательные свойства древесины. Однако в некоторых случаях оно играет положительную роль, например, обеспечивает плотность соединений в лодках или винных бочках.

Раскалываемость древесины

  Раскалываемость — это способность древесины под воздействием ударной нагрузки через клин разделяться на части вдоль волокон. Так как ряд сортов древесины заготавливают путём раскалывания, это свойство древесины имеет положительное практическое значение. Раскалываемость имеет и отрицательное значение при забивке гвоздей, костылей, скоб, ввинчивании шурупов.

Износостойкость и гибкость древесины

  Износостойкость — это способность древесины называется противостоять разрушению в процессе трения. Износ у одной и той же древесины больше с боковой стороны, чем с торцевой. Чем выше твёрдость и плотность древесины, тем меньше её изнашиваемость. Влажная древесина больше подвержена износу – вот почему для декоративных панелей или натуральной половой доски специалисты рекомендуют сухую уборку.

  Гибкость — это способность древесины деформироваться под воздействием внешних сил. Технологически операция гнутья (загиба), основана на способности древесины сравнительно легко деформироваться при воздействии изгибающих устройств, особенно в нагретом и влажном состоянии. При охлаждении и сушке под нагрузкой значительная часть упругих деформаций переходит в остаточные, фиксируется новая форма детали. У влажной древесины способность к гнутью выше, чем у сухой.

  Наибольшей способностью к гнутью (загибу) обладают лиственные кольце-сосудистые породы деревьев (дуб, ясень) и рассеянно сосудистые (бук, берёза). У хвойных пород эта способность очень невысока.

  Способность к гнутью широко используется при изготовлении мебели, предметов интерьера.

  Ударная вязкость — это способность древесины поглощать работу при ударе (ударном изгибе) без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше чем у древесины хвойных пород.

Тепловые свойства

  К тепловым свойствам относятся теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение.

  Теплоёмкость — это способность древесины аккумулировать тепло. Она увеличивается с увеличением влажности.

  Теплопроводность — свойство, характеризующее интенсивность переноса тепла в материале. Теплопроводность увеличивается с увеличением влажности и плотности. Вдоль волокон теплопроводность в среднем в 2 раза больше, чем поперёк.

  Температуро-проводность — способность древесины выравнивать температуру по объёму.

  Тепловое расширение — это способность древесины увеличивать линейные размеры и объём при нагревании. Коэффициент теплового расширения древесины в 3-10 раз меньше, чем у металла, бетона, стекла.

Деформативность

  При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности — модуль упругости.

  Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина.

  С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жесткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

  Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.

Источник: https://krovli.club/strojmaterialy/svojstva-drevesiny

Виды древесины, их физико-механические свойства, характеристики отдельных пород

Что относится к механическим свойствам древесины?

Внешне древесина выглядит как плотный волокнистый материал, входящий в состав ствола, корней и ветвей деревьев любой породы. Различные виды древесины отличаются механическими свойствами, теплопроводностью, рисунком колец, цветом.

Несмотря на различия, практически любой вид приносит человеку свою пользу, используется в строительстве, для отопления, украшения жилья и во многих других целях.

Древесные породы и их применение

Отдельные виды деревьев и их породы классифицируются по целому ряду признаков. Наиболее известное деление – на лиственные и хвойные породы. Выделяют виды, произрастающие на территории нашего государства и других стран. С экономической и географической точки зрения это очень важное деление, поскольку стоимость привозной древесины может быть выше отечественной в некоторых случаях.

Лиственные породы в свою очередь разделяют по форме: кольцесосудистые и рассеянно-сосудистые. А последние могут отличаться мягкой или твердой древесиной.

Кольцесосудистая древесина (ясень, акация, вяз, дуб, фисташка) получила такое название, поскольку наиболее крупные сосуды расположены в ней ближе к центру, в ранних зонах годичных колец. В рассеянно-сосудистых породах (бук, граб, рябина, клен) крупные сосуды рассредоточены более-менее равномерно. От этого меняется рисунок древесины.

И лиственные, и хвойные деревья широко применяются в домостроении и других областях строительных технологий. Из них традиционно изготавливаются такие элементы строительных конструкций, как стены, обвязки, перегородки, стропила и другие кровельные элементы. Их широко применяют при изготовлении оград, крылец, веранд (террас), беседок и целого ряда подсобных строений.

Читайте также  Можно ли из каштана вырастить дерево?



Ценная древесина

Говоря о различных видах, стоит упомянуть ценные породы, отличающиеся твердостью, красотой фактуры и другими положительными качествами, но встречающиеся реже, чем другие виды деревьев в каком-то конкретном регионе. К ценной древесине относят дуб, орех, ольху, карельскую березу, клен и многие экзотические виды. Они традиционно используются при отделочном декорировании, а также при изготовлении мебели и в судостроении.

Обратите внимание! Интересной фактурой и особыми физико-механическими свойствами отличаются плодовые деревья (вишня, черешня, груша, яблоня, слива, хурма и другие), поэтому их древесину тоже причисляют к ценным видам.

Из отдельных пород вишни, например, получаются замечательные инкрустированные сувениры (табакерки и другие привлекательные поделки). А мелко нарубленная щепа яблони традиционно применяется для копчения мяса и рыбы. Груша очень популярна среди резчиков по дереву, из нее делают паркет, мебель, панно, сувениры.

Механические свойства

Каждая из пород располагает определёнными физическими свойствами, среди которых особый интерес представляет их способность активно сопротивляться деформации и другим механическим воздействиям.

Механические свойства древесины традиционно понимаются как её твёрдость, плотность, прочность и упругость к изгибу. От этих качеств зависит сложность обработки дерева и функциональность будущего изделия.



Прочность и упругость

Под показателем прочности понимается способность материала сопротивляться деформационным напряжениям, приводящим к разрыву волокон (для деформации изгиба показатель прочности соответствует модулю упругости древесины).

Прочность материала критически зависит от следующих факторов:

  • направление действия внешнего усилия (вдоль волокон или поперёк) и его скорость;
  • тип (порода) древесины;
  • её плотность, влажность и наличие явных изъянов (сучков и трещин).

Присутствие изъянов на древесных заготовках существенно снижает их прочность, однако в большей степени она зависит от вектора действия внешних нагрузок.

При напряжениях вдоль волокон предельные растягивающие нагрузки для большинства видов древесины составляют 130 мегапаскалей. Тот же параметр для сжимающих нагрузок соответствует 50 единицам, а для деформаций изгиба он имеет значение порядка 100 (отметим, что для скалывающих воздействий он равен всего 0,5 мегапаскаля).

Твёрдость

Этот показатель напрямую связан с предыдущим и понимается как сопротивляемость древесного материала проникновению в него другого плотного тела. Практически установлено, что твердость в продольном направлении (вдоль волокон) всегда превышает тот же параметр в поперечном разрезе примерно на 30-40 %.

Для заготовок древесины, высушенных до состояния 12-процентной влажности, она в 1,5-2,0 раза превышает твердость более сырого материала. С повышением этого показателя увеличивается и сложность обработки изделий.

Твердость конкретной породы устанавливают опытным путем по методу Бринелля, данные заносят в таблицу. В результате получается шкала твердости. В любой момент можно взглянуть на этот показатель и сделать выводы о твердости породы. Существует метод и, соответственно, шкала Янка, а также другие методы, названные именами исследователей, их внедривших, но они менее распространены.

Пластичность

При рассмотрении особенностей структуры древесины учитывается её способность удерживать в теле материала различные образцы металлических креплений и метизов, а также сопротивляемость ударному раскалыванию.

https://www.youtube.com/watch?v=ZxYilB1QIlc

При оценке этого свойства было установлено, что для удаления гвоздей, вбитых в дерево поперек волокон, необходимо приложить усилие, примерно в 1,5 раза большее, чем забитых в его торец.

Важно! Следует учесть, что способность удерживать гвозди и другие крепления возрастает пропорционально увеличению плотности конкретного вида древесного материала.

С пластичностью напрямую связано противодействие раскалыванию, то есть сопротивляемость разделению сырого материала при забивании клина. Сопротивляемость материала к этому воздействию возрастает с повышением вязкости, а наличие изъянов типа сучков, напротив, снижает её.

Основные хвойные породы

Из хвойных пород особо следует выделить сосну, которая занимает порядка 16 % площади всех лесных массивов России. Наибольшее распространение получила так называемая сосна обыкновенная, в основной своей массе произрастающая в Крыму и на Кавказе. Древесину этой породы относят к разряду хорошо поддающихся обработке мягких материалов и чаще всего применяют для изготовления окон, дверей, а также других элементов строений (лестничных маршей, например).

Обратите внимание! Нередко этот удобный в работе вид древесного материала используется при изготовлении некоторых образцов мебели и домашней утвари.

Ещё одна из представительниц этой группы – ель (пихта) – занимает до 12 процентов всех покрытых лесом российских площадей и широко применяется в народном хозяйстве. Материал хвойной ели по причине его повышенной сучковатости поддаётся обработке с большим трудом, но, несмотря на это, он привлекает пользователя однородностью структуры, приятным белым оттенком и малым содержанием смолистых веществ.

Этот сорт часто востребован при изготовлении строительных блоков, половых досок, наличников и плинтусов. Отборная древесина ели может применяться и при производстве бытовой мебели с целью декорирования жилых интерьеров. Из её коры научились изготавливать дубильные материалы, широко применяемые в кожевенной промышленности.

Лиственница очень распространена в нашей стране и занимает большую часть лесных насаждений. Её материал обладает прекрасными физическими характеристиками и по своей плотности и прочности заметно превосходит те же показатели для сосны. Кроме того, волокна лиственницы практически не поддаются гниению и обеспечивают изделиям из этого материала высокие прочностные показатели.

Сферы использования древесины лиственницы широки. Она применяется при сооружении гидротехнических конструкций, при изготовлении свай, шпал, телефонных столбов и опорных стоек для рудников. Ещё один представитель хвойных пород (кедр) очень схож по своим свойствам с елью и может применяться для изготовления шпал, стоек, мебели и карандашей.

Древесинный материал тиса ценится за свой привлекательный внешний вид, позволяющий использовать его при изготовлении элитных образцов мебели, а также при отделке интерьеров помещений. К категории хвойной древесины следует отнести и знакомый многим можжевельник.

Экзотические древесные породы

К разряду экзотических для наших широт пород древесины следует отнести секвойю, чёрное и красное дерево, а также бакаут и палисандр. Секвойя представляет семейство самых крупных и долговечных древесных растений и встречается в основном в Северной Америке.

Известны образцы этих деревьев высотой почти 120 метров и диаметром в обхвате до 15 метров (их предполагаемый возрасте составляет около 6 тысяч лет). Секвойю успешно культивируют на южных оконечностях Крыма и в других зонах Причерноморья. По своим свойствам она напоминает российскую ель, но в отличие от той более устойчива к гниению. Её, как и африканский абач, нередко применяют при производстве мебели и карандашей, а также в отделке интерьеров.

Под наименованием «красное дерево» в общепринятой классификации понимается целый ряд прочных древесных пород (включая мербау), имеющих характерный красноватый оттенок.

Дополнительная информация: наиболее популярным и непревзойдённым по цвету и красоте сортом красного дерева считается американское махагони, встречающееся только в Центральной Америке.

Одна из разновидностей экзотической древесины под наименованием африканский падук широко применяется при производстве элитной мебели. Благодаря своим прочностным характеристикам (высокому показателю твёрдости) деревья этого сорта применяются при отделке вагонных салонов и кают.

Под чёрными понимаются породы, имеющие характерный тёмный оттенок волокон (к ним относятся элитные сорта эбенового дерева из Индии, в частности). Этот вид «цветной» древесины идёт на изготовление рояльных клавишей, корпусов духовых инструментов, а также для инкрустации элитной мебели.

Бакаут – это вечнозеленое древесное растение, нередко встречающееся в субтропиках и обладающее плотной и твердой структурой с запахом ванили. Оно с большим трудом поддается механической обработке и чаще всего применяется для изготовления особо прочных деталей станков и машин. Чем-то схожий с бакаутом палисандр очень твёрд, но зато легко полируется. Он бывает востребован при изготовлении элитной мебели, паркетных наборов и музыкальных инструментов (пианино, в частности).

Лиственные породы

Особое внимание надо уделить лиственным деревьям. После вырубки хвойного леса они заполняют опустевшую площадь. Лиственные виды древесины применяют наиболее широко и разнообразно.

Кольцесосудистые структуры

Основу лиственных пород составляют такие кольцесосудистые их представители, как карагач, ильм, ясень, вяз и дуб. Последний из этого семейства – дуб – встречается во многих местах европейской России, а также произрастает на территории южных окраин (в Крыму и на Кавказе). Особенностью его древесины является высокий показатель твёрдости, прочность и стойкость к гниению. Помимо этого, обыкновенный черешчатый дуб отличается своей способностью к изгибу, очень привлекательной текстурой и насыщенным цветом.

Ясень обыкновенный нередко встречается в большинстве регионов европейской части России. Свойства этого вида древесины очень схожи с уже рассмотренными выше характеристиками дуба (он также имеет высокий показатель твёрдости и хорошо поддаётся изгибу, то есть обладает неплохой пластичностью).

Благодаря своим свойствам ясень используется при выпуске различных образцов спортивного инвентаря (теннисных ракеток, лыж и весел), а также в автомобильной, авиационной и корабельной промышленности. Кроме того, его нередко применяют для изготовления лестничных перил и рукояток различных инструментов.

Рассеянно-сосудистые мягкие породы

Береза является древесным символом России и произрастает на её территории повсеместно. Она широко применяется в отечественной промышленности для изготовления фанеры, прикладов охотничьих и спортивных ружей, лыж и шпона. Помимо этого из берёзы делаются древесные плиты самого различного класса, паркетные полы и деготь.

Тополь, осина, ольха, ива и липа имеют очень схожее строение и благодаря своей мягкости чаще всего используются как поделочная древесина, идущая на удовлетворение бытовых и строительных нужд. Их этих древесных структур изготавливаются корыта, лопаты, домашняя посуда и целлюлоза.

Кроме того, на основе некоторых из них производится ящичная тара, вискоза, древесная стружка, игрушки и кровельная плитка.

Рассеянно-сосудистые (твёрдые)

К этой категории древесины относятся бук, грецкий орех, платан, самшит, рябина и клён, произрастающие в самых различных регионах России и Белоруссии и чаще всего применяемые в декоративных целях.

Большинство из этих пород относится к категории особо твёрдых, так что, помимо своей декоративной ценности, они отличаются высокой износостойкостью. Из некоторых сортов древесины изготавливается шпон и паркетный фриз, уксусная кислота и креозот, а на основе твёрдого и прочного ореха с красивой структурой делаются полированные паркетные плиты и ложи для ружей.

Рассмотреть здесь абсолютно все известные виды древесины не представляется возможным. Люди годами изучают отдельные породы, особенности видов деревьев, возможности их применения. При желании всегда можно найти нужную информацию и закрепить теоретические познания на практике, изучая, высаживая и обрабатывая дерево.

Оценка статьи:

(4 5,00 из 5)
Загрузка…

Источник: https://DrevoGid.com/materialy/vidy-drevesiny.html

Свойства древесины разных пород

Что относится к механическим свойствам древесины?

Еще пару веков назад ни сельское хозяйство, ни строительство, ни промышленность не обходились без древесины. Не потеряла она своего важного значения и сегодня, несмотря на то что появилось много новых материалов, вытеснивших древесину из различных областей ее применения. Кроме того, возникли новые направления и сферы использования этого материала – медицина, текстильная, деревоперерабатывающая и химическая промышленность, появились новые строительные технологии, в которых древесина оказалась незаменима. Но что она представляет собой? От чего зависят свойства древесины?

Строение древесины

Более половины (70–90 %) объема взрослого дерева приходится на ствол. Именно он и является строительным материалом. Точнее, не весь ствол, а только определенная его часть – древесина. Ствол состоит из нескольких структурных элементов.

Главные разрезы и основные части ствола- П – поперечный, Р – радиальный, Т – тангенциальный

Она составляет от 6 до 25 % объема дерева и включает корку (предохраняет ствол от резких температурных колебаний, проникновения грибов, бактерий, испарения влаги, механических повреждений) и луб, прилегающий к камбию. Луб проводит питательные вещества от кроны в ствол и корни.

Это тонкий кольцевой слой живых клеток, способных к делению и росту. Наибольшая активность камбия проявляется весной и летом, в этот период образуется годичный слой древесины, состоящий из ранней (весенней) и поздней (летней) древесины. Вместе это один годичный слой – ежегодный прирост древесины. Летняя древесина более плотная, чем весенняя.

Это основная часть ствола, по ней проводится вода от корней в крону. Примерно в центре ствола находится сердцевина, диаметр которой составляет 2–5 мм. Древесина имеет анизотропное строение, поэтому ее физические свойства в разных направлениях различны.

Строение дерева. От клеток до корней

В этой статьей мы решили напомнить, что из себя представляет дерево, и рассказать о каждой из его частей: клетках и тканях, древесине и коре, ветвях и ветках, листьях и корнях.

У многих пород в древесине выделяется центральная темноокрашенная зона – ядро и наружная светлая – заболонь. В раннем возрасте все деревья состоят только из заболони, но через некоторое время (у всех пород по-разному, и ширина ее также различна) живые элементы начинают отмирать, возникает закупорка водопроводимых путей и отложение экстрактивных веществ в центральную часть ствола – таким образом формируется ядро у пород, называемых ядровыми. К ним, например, относятся: можжевельник, тисс, сосна, лиственница, кедр, дуб, ясень, вяз, ильм, грецкий орех, ива, тополь.

У других пород отмирание центральной части не сопровождается потемнением. Они имеют однородную окраску древесины по всей толщине ствола – такие породы называют безъядровыми.

Различают еще одну разновидность пород – спелодревесные, которые имеют спелую древесину в центральной части ствола (более сухую, чем остальная). Их заболонь одинаковой окраски со спелой древесиной. К ним относятся ель, пихта, бук, осина.

Имеются также породы, у которых центральная часть не отличается от периферической ни по цвету, ни по свойствам, – такие породы называются заболонными. К ним, например, относятся: береза, липа, клен, граб и др.

У некоторых лиственных пород на поперечном разрезе ствола хорошо заметны светлые блестящие линии, расходящиеся по радиусу от сердцевины, – сердцевинные лучи. По радиальным направлениям они видны в форме узких полосок, но чаще незаметны невооруженным глазом. Их можно рассмотреть у дуба, бука, клена и некоторых других пород.

Лиственные породы имеют водопроводящие сосуды, которые проходят вдоль оси ствола в древесине, и на поперечном разрезе заметны только их сечения разной формы. В некоторых породах они крупные и хорошо видны, образуя как бы кольца. Такие породы называют кольцесосудистыми – дуб, ясень, вяз. Породы с мелкими, беспорядочно расположенными со- судами называют рассеяннососудистыми – береза, осина, липа, клен, ольха, бук.

Свойства древесины

У большинства пород ядро по сравнению с заболонью имеет большую механическую прочность, более темную окраску.

У многих хвойных (сосна, ель, лиственница, кедр и др.) есть смоляные ходы, представляющие собой тонкие каналы в древесине, заполненные смолой. Они отсутствуют у пихты, можжевельника, тисса. Смола повышает стойкость древесины против гниения.

В соотвествии с ГОСТ 20022.2-80 устанавливают классификацию древесины по стойкости к гниению и пропитываемости защитными средствами, скорости расконсервирования и уязвимости объектов защиты, а также классификацию защитных средств древесины.

По стойкости к гниению породы древесины (табл. 1) подразделяют на 4 класса: стойкие, среднестойкие, малостойкие и нестойкие, причем классификация ведется как по заболони, так и по ядру.

Класс Порода древесины
Заболонь Ядро
Стойкие Сосна обыкновенная, ясень Сосна кедровая сибирская, сосна обыкновенная, лиственница, дуб, ясень
Среднестойкие Ель, сосна кедровая сибирская, лиственница, пихта Ель, пихта, бук
Малостойкие Береза, бук, вяз, граб, дуб, клен Вяз, клен
Нестойкие Липа, ольха, осина Береза, липа, осина, ольха

По пропитываемости защитными средствами породы древесины (табл. 2) подразделяют на следующие группы: легко пропитываемые, умеренно пропитываемые, трудно пропитываемые.

Класс Порода древесины Порода древесины
Заболонь Ядро
Легко пропитываемые Сосна обыкновенная, береза, бук _
Умеренно пропитываемые Сосна кедровая сибирская, лиственница европейская, граб, дуб, клен, липа, ольха, осина Сосна кедровая сибирская, сосна обыкновенная, осина, ольха
Трудно пропитываемые Ель, лиственница сибирская, пихта Ель, лиственница европейская, лиственница сибирская, пихта, береза, дуб, вяз, бук, ясень

Плотность

Плотность древесины (объемная масса) – это отношение массы древесины к ее объему, выражается в кг/м3. Плотность древесины зависит от ее влажности. Все показатели физико-механических свойств древесины определяются при влажности 12%.

Между прочностью и плотностью существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной. Плотность определяется количеством древесинного вещества в единице объема.

По плотности при влажности 12 % древесину можно разделить на 3 группы:

  • легкой плотности – до 550 кг/м3 (бальса, пихта сибирская, ель, ива, сосна, осина, липа, ольха);
  • средней плотности – 551–700 кг/м3 (конский каштан, орех, береза, вишня, лиственница, тик, бук, дуб, свитения, платан, клен);
  • плотные породы – от 771 кг/м3 и выше (ясень, слива, пекан, самшит, хурма, яблоня, маслина).

Плотность древесины имеет большое практическое значение. Более плотная древесина хуже пропитывается антисептиками, менее подвержена истиранию на таких местах, как полы, лестницы, перила.

Твердость

Твердостью называется способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел. На степень твердости оказывает влияние влажность древесины.

По этому параметру все древесные породы при 12 %-ной влажности можно разделить на три группы:

  • мягкие – торцовая твердость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан);
  • твердые – торцовая твердость 40,1–80 МПа (лиственница, береза сибирская, бук, дуб, вяз, платан, рябина, клен, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень);
  • очень твердые – торцовая твердость более 80 МПа (акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит, фисташка, тисс).

Твердые породы древесины более износостойки по сравнению с мягкими. Это имеет существенное значение при обработке режущими инструментами: фрезеровании, распиловке. А также при устройстве полов, лестниц, перил, поскольку при эксплуатации древесина подвергается истиранию. В производстве паркета и паркетной доски из массива применяют породы с твердостью не ниже средней.

Прочность

Прочностью называется способность древесины сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Она зависит от направления действующей нагрузки (растяжение, сжатие, изгиб, скалывание), породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков и характеризуется пределом прочности – напряжением, при котором разрушается образец.

Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон всех пород составляет 130 МПа. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.

При растяжении поперек волокон прочность древесины очень мала и в среднем составляет 1/20 от предела прочности при растяжении вдоль волокон, т. е. 6,5 МПа. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Прочность древесины при сжатии поперек волокон ниже, чем вдоль волокон, примерно в 8 раз.

В зависимости от применения

Рассматривают и сравнивают свойства древесины различных пород в зависимости от вида изготовляемой продукции.

Строительные элементы. Наиболее популярными видами строительных изделий из дерева являются оцилиндрованное бревно, массивный брус, клееный профилированный брус, конструкционные балки, строительные элементы крыши и перекрытий (доски и балки), элементы каркаса, стеновые панели из массивной древесины. Для данной категории изделий важное значение имеют такие свойства древесины, как прочность и стойкость к биоповреждениям.

Напольные покрытия. Напольные покрытия выделены в отдельную категорию, поскольку на сегодняшний день большинство предприятий стараются обеспечить качество продукции в соответствии с требованиями европейских стандартов, в которых имеется градация не только по качеству, но и по внешнему виду продукции (по направлению волокон – радиальные, тангенциальные, смешанные; по наличию ядра, сердцевинных лучей и т. д.). К напольным покрытиям относятся: доска пола, паркетная планка, паркетная доска, террасная доска.

В эту же категорию можно вынести элементы лестницы (ступеньки и перила). Для данной категории изделий важное значение имеют такие свойства древесины, как твердость, плотность, стабильность формы, истираемость.

Отделочный материал, мебель и элементы столярного производства. Древесина широко применяется для внутренней и наружной отделки. Для обшивки дома используют доску, имитирующую оцилиндрованное бревно или брус. Для внутренней отделки широко используют отделочная доска (вагонка и евровагонка), мебельные щиты для изготовления мебели, подоконников, дверей, стеновых панелей и другие элементы столярного производства. Для данной категории изделий важное значение имеет стабильность формы, плотность древесины.

Другие виды продукции. Это различные плитные материалы ДСтП, ДСП, ДВП, МДФ, ОСП и т. д.

В следующем номере мы расскажем об областях применения древесины хвойных пород.

____________________________________________________________________

Защита древесины

Как и от чего нужно защищать древесину? Какие новые технологии могут предложить специалисты?

Качество древесины

Оценить строительный материал человеку, не являющемуся специалистом в данном вопросе, очень трудно. Да и профессионалу подчас требуется помощь специальной аппаратуры и дополнительные исследования.

Источник: https://givoyles.ru/articles/drevesina/svoistva-drevesiny-raznyh-porod/

Древесина: механические свойства

Что относится к механическим свойствам древесины?

Применение древесины в качестве конструкционного материала обусловлено способностью сопротивляться действию усилий, т.е. механическими свойствами.

Различают следующие свойства древесины, проявляющиеся под воздействием механических нагрузок: прочность — способность сопротивляться разрушению, деформативность — способность сопротивляться изменению размеров и формы, технологические и эксплуатационные свойства.

Показатели механических свойств древесины определяют обычно при следующих видах испытаний: растяжении, сжатии, изгибе и сдвиге. Поскольку древесина — анизотропный материал, т.е. материал с различными свойствами в разных направлениях, указывают направление действия нагрузок: вдоль или поперек волокон (в радиальном или тангенциальном направлении).

Из-за сопротивления древесины внешним нагрузкам в ней возникают внутренние силы. Эти силы, отнесённые к единице площади сечения (1 см2) называются напряжениями. Максимальное напряжение, предшествующее разрушению тела, называют пределом прочности.

Прочность древесины

Предел прочности определяют на малых, чистых и не имеющих пороках образцах в лабораториях на испытательных машинах. Эти образцы имеют базисное сечение с размерами20 * 20 мм и должны включать не менее 4-5 годичных слоёв. Некоторые виды испытаний производят на образцах, сечение которых отличается от указанного.

Прочность древесины при сжатии определяется на образцах призматической формы. Схема испытания на прочность при сжатии вдоль волокон и размер образца показаны на рисунке:

Образец постепенно нагружают до разрушения. Затем по силоизмерителю испытательной машины отсчитывают максимальную нагрузку Рмах, Н. Предел прочности б, МПа, вычисляют по формуле: бw = Pmax / (a * b), где (a * b) — площадь сечения образца, мм2.

В среднем для всех отечественных пород при влажности древесины 12% предел прочности древесины на сжатие вдоль волокон составляет около 50 МПа.

Прочность при сжатии поперёк волокон определяется по схеме на рисунке. Здесь указана равнодействующая сил, которые либо равномерно распределены по всей поверхности образца, либо по всей ширине, но на части длины его (местное сжатие). И в том, и в другом случаях определяют условный предел прочности. В качестве этого показателя используют предел пропорциональности, т.е. величину напряжений, до которых наблюдают линейную зависимость между напряжениями и деформациями. В среднем для всех пород деревьев он составляет 1/10 предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Испытания на прочность древесины при растяжении проводятся на образцах другого вида:

Такая форма образцов обусловлена стремлением обеспечить разрушение в тонкой рабочей части, а не в месте закрепления, под воздействием именно растягивающих напряжений.

В среднем для всех пород предел прочности при растяжении вдоль волокон равен 130 МПа, а предел прочности при растяжении поперёк волокон в 20 раз ниже. Поэтому при конструировании изделий из древесины избегают растягивающих нагрузок, направленных поперёк волокон.

Для испытания древесины на статический изгиб применяют образцы в форме бруска размерами 20 * 20 * 300 мм:

Предел прочности при статическом изгибе, МПа, вычисляют по формуле: бw = (3/2) * ((Pmax*l) / (b * h2)), где Pmax — максимальная нагрузка, Н; l — пролет, т.е. расстояние между центрами опор, равный 240 мм; b и h — ширина (в радиальном) и высота (в тангенциальном) направлениях, мм.

В среднем предел прочности при статическом изгибе составляет 100 МПа.

При испытаниях к образцу прикладывают две равные и противоположно направленные силы, вызывающие разрушение в параллельной им плоскости, происходит сдвиг. Различают три вида испытаний на сдвиг: скалывание вдоль волокон, скалывание поперёк волокон и перерезание древесины поперёк волокон. Схемы действия сил при этих испытаниях показаны на рисунке:

Для испытания на скалывание вдоль волокон применяют образец, форма и размеры которого показаны на рисунке:

Предел прочности при скалывании вдоль волокон определяют по формуле: Tw = Pmax / (b * l), где (b * l) — площадка скалывания, мм2.

Величина предела прочности — касательных максимальных напряжений при скалывании вдоль волокон в среднем для всех пород составляет примерно 1/5 от предела прочности при сжатии вдоль волокон. Предел прочности при скалывании поперёк волокон в 2 раза меньше, а предел прочности при перерезании поперёк волокон в 4 раза больше, чем предел прочности при скалывании вдоль волокон.

Деформативность древесины

При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности — модуль упругости.

Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина.

С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жесткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.

Эксплуатационные и технологические свойства древесины

Прочность древесины при длительных постоянных нагрузках важно знать в связи с применением её в строительных конструкциях. Показателем этого свойства является предел длительного сопротивления бд.с., который в среднем для всех видов нагрузки составляет примерно 0,5 — 0,6 величины предела прочности при кратковременных статических испытаниях.

Показателем древесной прочности при переменных нагрузках является предел выносливости, средняя величина которого составляет примерно 0,2 от статического предела прочности.

При проектировании деревянных конструкций в расчётах используют не пределы прочности малых образцов древесины, а в несколько раз меньшие показатели — расчётные сопротивления. Они учитывают большие размеры элементов конструкций, наличие пороков древесины, длительность действия нагрузки, влажность, температуру и другие факторы.

Удельная вязкость характеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше, чем у древесины хвойных пород.

Твёрдость характеризует способность древесины сопротивляться вдавливанию более твёрдого тела. Испытания на статическую твёрдость проводят по схеме, показанной на рисунке:

Для испытания на твёрдость используют приспособление, которое имеет пуансон с полусферическим наконечником. Его вдавливают на глубину радиуса. После испытания в древесине остаётся отпечаток, площадь проекции которого при указанном радиусе полусферы составляет 100 мм2. Показателем статической твёрдости образца, Н/мм2, является усилие, отнесенное к этой площади. Статическая твёрдость торцевой поверхности выше, чем боковых поверхностей.

Все отечественные породы деревьев и кустарников по твёрдости торцевой поверхности при влажности 12% делят на 3 группы: мягкие (твёрдость 40 Н/мм2 и менее), твёрдые (41-80) и очень твёрдые (более 80 Н/мм2).

Ударную твёрдость определяют, сбрасывая стальной шарик диаметром 25 мм с высоты 0,5 м на поверхность образца, величена которого тем больше, чем меньше твёрдость древесины.

Износостойкость — способность древесины сопротивляться износу, т.е. постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Испытания на износостойкость древесины показали, что износ с боковых поверхностей значительно больше, чем с поверхности торцевого разреза. С повышением плотности и твёрдости древесины износ уменьшился. У влажной древесины износ больше, чем у сухой.

Уникальным свойством древесины является способность удерживать крепления: гвозди, шурупы, скобы, костыли и др. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдёргиванию гвоздя.

Усилие, необходимое для выдёргивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон. С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается.

Усилия, необходимые для выдёргивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдёргивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву.

Технологическая операция гнутья древесины основана на её способности сравнительно легко деформироваться при действии избегающих усилий. Способность гнуться выше у кольцесосудистых пород — дуба, ясеня и др., а из рассеянно-сосудистых — бука; хвойные породы деревьев обладают меньшей способностью к загибу. Гнутью подвергают древесину, находящуюся в нагретом и влажном состоянии. Это увеличивает податливость древесины и позволяет вследствие образования замороженных деформаций при последующем охлаждении и сушке под нагрузкой зафиксировать новую форму детали.

Для сравнительной оценки качества древесины используют так называемые удельные характеристики механических свойств, т.е. показатели ее механических свойств, отнесенные к единице плотности.

Удельная прочность при сжатии и статическом изгибе у хвойных пород выше, чем у лиственных. Значительно выше у хвойных пород и удельная жесткость. По остальным свойствам удельные характеристики у древесины лиственных пород выше, чем у хвойных.

Удельные характеристики древесины имеют особое значение, когда от изделия или конструкции требуется высокая прочность при малом весе. Это важно для транспортного машиностроения, авиастроения, судостроения и в других случаях.

http://www.wood.ru/ru/lpsmeh.html

Источник: https://pihtahvoya.ru/drevesina-i-pilomateriali/drevesina-mechanicheskie-svoystva