Proprietățile anizotropice ale lemnului 1

Proprietățile anizotropice ale lemnului. Care este idealizarea anizotropia schemei?

Lemnul este un material de umplutură anizotrop, structură eterogenă de material ortotropic în trei plane reciproc perpendiculare (transversale, secțiuni radiale, tangențial). Investigarea proprietăților tehnologice ale materialului de umplutură din lemn, care afectează arbolita de calitate este complicată, nu numai din cauza anizotropia diferitelor părți ale arborelui (rădăcina lama, tulpina, ramuri, miez alburn), dar, de asemenea, din cauza eterogenitate în structura inelului anual timpurie și lemnul târziu.

Proprietățile mecanice ale lemnului

Elemente de constructii, produse de tamplarie, mobilier si alte carcase. Experimentarea diferite efecte de forță care fac manifestă proprietățile mecanice ale lemnului. Cele mai importante proprietăți mecanice ale lemnului servește rezistență.

Prezentare generală
Forța și deformability - sunt caracteristicile de bază pe care trebuie să știți pentru a determina parametrii de proiectare a produselor din lemn în cursul dezvoltării lor. În plus față de aceste proprietăți ale mecanică a decis să aloce unui anumit grup de tehnologice și operaționale. Astăzi, ne limităm la rezistența - capacitatea organismului de a rezista degradării cauzate de forțe externe.
Lemnul ca în orice alt material, sub influența sarcinilor externe sunt schimbări de dimensiuni și forma corpului - deformare. În acest caz, un material cu rezistență la forțele care caracterizează în mod obișnuit tensiunile (forte asimilata detaliu aria secțiunii transversale). Crește odată cu creșterea stresului și a riscului de fractură a corpului. Stresul maxim înainte de fractură a corpului, numita rezistență la tracțiune.
Cele mai multe dintre problemele întâlnite în practica de proiectare a produselor din lemn. este rezolvată în cadrul teoriei ipotezelor de elasticitate și generalizată a legii lui Hooke, cu toate acestea, caracteristicile structurale ale lemnului definesc proprietăți diferență explicite în direcții diferite, și anume, pe lemnul care urmează să fie utilizat elasticitatea corpului teoria anizotrop.
În cazul în care piesele de lemn sunt de mici dimensiuni (astfel încât să putem neglija curbura inelelor de creștere), pentru calcule iau de obicei anizotropie ortogonale diagramă, care se caracterizează prin trei planuri de simetrie, două longitudinale - radial și tangențial și unul perpendicular pe direcția fibrei.
Pentru sortimente de lemn mari, atunci când nu poate neglija curbura inelelor anuale, și de multe ori există încă orientare incorectă a secțiunilor în raport cu straturile anului (bare, scânduri), ia în considerare numai diferența dintre proprietățile de-a lungul și de-a lungul fibrelor (anizotropie transversale).
Între anizotropiei proprietăților elastice și de rezistență sunt strâns legate. Cu toate acestea, diferențele de putere în diferite direcții sunt mai puțin pronunțate decât în ​​ceea ce privește proprietățile elastice.
La calcularea forței elementelor structurale din lemn reprezintă amploarea forțelor efective (tensiuni) și, desigur, orientarea lor în raport cu fibrele și inelele anuale. Stresul la tracțiune mai periculoasă, îndreptată transversal fibrelor și duc la apariția fisurilor în materialul, fibre paralele. ruperea casantă a lemnului, de asemenea, are loc sub forma ciobire datorită tensiunilor de forfecare care acționează în planurile radiale și tangențiale
În unele cazuri, încărcarea elementelor structurale este complexă. Datorită anizotropia lemnului, crește nivelul de complexitate al problemei, metoda de calcul a rezistenței numai în cazul stresului plan. Aici criteriile de rezistență sunt utilizate în locul ecuațiilor normale.
Pentru calcule de rezistență utilizate caracteristici ale materialului, cum ar fi modul de elasticitate, modulul de forfecare, rezistența la întindere și forfecare la compresiune. Aceste caracteristici sunt determinate experimental pe probe preparate special, și printr-o tehnică specială. Cu toate acestea, proprietățile de lemn sunt dependente nu numai pe specii, dar, de asemenea, pe locul de creștere și de mulți alți factori. Prin urmare, valorile parametrilor de elasticitate și rezistență sunt (medie) oarecum aproximative caracter.
Există anumite reguli care determină dependența acestor parametri pe structura de lemn, care, la rândul său, este determinată de condițiile de creștere, etc. Aceste modele sunt folosite pentru a modifica calculele. Efectul asupra rezistenței lemnului și are umiditatea acestuia. Prin urmare, testele sunt efectuate la o umiditate normalizat (12%), dar pentru anumite tipuri de lemn au date pentru mai mult de 30% umiditate. Detalii privind proprietățile mecanice pot fi găsite în tabelele Standard de referință Sistemul Național de Date (GSSSD) „lemn. Proprietățile fizice și mecanice ale probelor mici, fără defecte ".

instrucțiuni

caracteristicile

anizotropie

Anizotropie (din greacă. áNisos - inegal și tróPOS - direcție), dependența proprietăților fizice ale substanței (mecanice, termice, electrice, magnetice, optice) din direcția (izotropia în contrast - proprietăți independență direcție). Exemple anizotropie: placă mică ușor scindate în foi subțiri doar de-a lungul unui anumit plan (planul paralel cu forța de cuplare dintre particulele de mică mică); mai ușor de tăiat carne de-a lungul fibrelor, tesatura de bumbac este ușor de rupt de-a lungul firelor (în aceste direcții tesatura rezistenta mai mica).

anizotropie naturală - cea mai Trăsătura caracteristică a cristalelor. Aceasta se datorează faptului că rata de creștere a cristalului în direcții diferite sunt diferite, cristalele cresc sub formă de poliedre regulate de cuarț prisme hexagonale, cuburi de rocă de sare, cristale de diamant octogonale, diverse, dar întotdeauna fulgii pinionului hexagonale. Anizotropică, cu toate acestea, nu toate proprietățile cristalelor. căldura specifică a tuturor cristalelor Densitatea și nu depind de direcția. Anizotropie alte proprietăți fizice ale cristalelor este strâns legată de simetria lor și arată mai puternică, cu atât mai mică simetria cristalului.

Arg plan este privit ca un plan de simetrie, cu condiția curbura inelelor anuale este mică în volumul în cauză.

Rt plan perpendicular pe fibrele pot fi privite ca un plan de simetrie numai dacă proprietățile constante baril de ajustare și absența găurii conicitate.

planul tangențial la planul de simetrie este privit ca în cazul în care diferența nu ia proprietățile lemnului timpuriu și târziu.

Proprietățile mecanice ale lemnului sunt diferite în direcții diferite, în funcție de unghiul dintre direcția forței care acționează și direcția fibrelor (Fig. 1.3,6).

Atunci când coincidența direcția forței și rezistenței fibrelor de lemn atinge valoarea sa maximă.

Prin urmare, în derivarea formula pentru determinarea rezistenței calculată la un unghi față de fibre, lemnul a fost considerat ca un material ortotropic.

Anizotropiei proprietăților mecanice

Principalele caracteristici mecanice ale lemnului și materiale plastice sunt rezistenta, rigiditate, duritate, treschinostoyksst (pentru polimerbetonov) Acestea ar trebui să fie luate în considerare atunci când sunt expuse la proiectarea sarcinilor externe. În construcțiile de lemn și deformare plastică sunt supuse următoarelor tipuri: de tracțiune, compresiune, încovoiere, forfecare.

Lemn și cele mai multe materiale plastice de inginerie -. Material th pronunțat anizotropie, adică au proprietăți mecanice diferite, în direcții diferite. Anizotropie datorită structurii, compoziției și structurii materialului.

Structura și compoziția lemnului de mai sus determină anizotropiei proprietăților sale sunt deja în cele mai multe elemente primare structurale ale lemnului - molecule cu lanț celuloză, micele, fibrilele care formează baza membranei celulare. Odată cu creșterea elementelor structurale ale microstructurii la macrostructura și până la proprietăți neuniforme trunchi mecanice manifestate structura de lemn mai Inutil definește trei direcții reciproc perpendiculare: de-a lungul fibrelor peste fibrele radial (secțiunea transversală radială a țevii) și transversală tangențială (de-a lungul tangentei anual strat) pe care proprietățile lemnului variază considerabil. În diagrama din Fig. 16, iar direcția indicată prin litere

Fig. 16. Direcția anizotropiei proprietăților mecanice ale lemnului și inginerie materiale plastice:

Și - în lemn; b - în FRP; în - în drevesnosloistyh din plastic cu un aranjament diferit al fibrelor din furnir

A, g, în direcția A (de-a lungul fibrei), lemnul are cea mai mare rezistență și proprietățile elastice, iar în direcția de-a lungul fibrelor - cea mai mică.

Anizotropie plastice armate datorită orientării fibra de sticla sau furnir într-o anumită direcție (fig. 16b, c). Astfel de materiale includ drevesnosloistye plastice, placaj, fibra de sticla SVAM, sticla KAST et al. Termoplastice (Plexiglas, vinyl), spume pot fi clasificate ca materiale izotrope. poliester cu fibre de sticlă cu fibre tăiate distribuite aleator cu proprietăți cât mai apropiate de materiale izotrope.

Caracteristicile structurale de mai sus, din materiale plastice armate și materiale plastice din lemn, factorii structurali au o relație cu proprietățile lor fizico-mecanice, care pot fi stabilite empiric (de exemplu, pentru lemn plastic) sau dedus teoretic orice fibră de sticlă. Cu o astfel de dependență poate fi evitată printr-un element aleatoriu în selectarea materialelor plastice armate pentru a fi utilizate în anumite tipuri de construcții. Mai mult decât atât, proiectantul trebuie să proiecteze materialul în sine și să emită tehnologi căutarea materialelor plastice armate cu anumite proprietăți mecanice materiale de proiectare scop în funcție de starea de stres în elementul (proiectare) proiectează crește fiabilitatea și asigură economii semnificative. Aceasta este diferența esențială și avantajul de materiale compozite structurale pentru lemn.

Bazele reologia. În materialele care constau din componente cu diferite proprietăți elastice, redistribuirea tensiunilor interne are loc între componentele materialului. Ca urmare, starea de stres și de deformare a elementelor structurale variază în timp.

Fenomenele care apar în solide prelungite de acțiune în ea mecanică de tensiuni interne Studii de secțiune numită reologie.

Complexitatea structurilor și caracteristicilor lemn și plastic sub sarcină provoacă creșterea componentei vîscos de deformare sub sarcină constantă, care are loc în timp. Acest fenomen se numește fluaj. Este caracteristic structurilor realizate din lemn și plastic, și ar trebui să fie luate în considerare în proiectarea (de exemplu, dând naștere construcție grinzi acoperire structură).

Ar trebui să se facă distincția tulpina instantanee și starea de stres corespunzătoare și deformarea viscos (deformarea aftereffect), cu o stare etanșă adecvată. Deformarea instantanee apare cu rata de aplicare a sarcinii. deformare viscere se dezvoltă după ce sarcina se oprește în creștere. Rata de dezvoltare depinde de nivelul de stres. În cazul în care acesta din urmă să nu depășească o anumită limită, deformarea viscos sunt amortizată (Fig. 17a). deformare instantanee și vâscoasă reversibile după îndepărtarea sarcinii - acestea sunt elastice. Dacă tensiunea mai mare decât limita, apoi trece în deformarea plastică vîscos care este ireversibil și dezvoltat la o rată proporțională în timp, în funcție de gradul de stres al materialului. Dezvoltarea de deformare plastică, atunci când limita totală de deformare

Fig. 17. Dezvoltarea de deformare lemn sub o sarcină constantă la diferite tensiuni:

A - deformare elastică; b - deformare elasto-plastică; in - detensionare; 1 - amortizare deformare aftereffect atunci când un <Ицл - 2 — развитие пластических деформаций при а> „DL; 3 - tulpina dispariție după descărcare la

Relaxare. Se numește proces de relaxare de reducere a stresului, menținând valoarea constantă predeterminată atunci când încărcarea de deformare. Curbele de relaxare (Fig. 17c) au forma unor curbe inverse fluaj tranzitorii. Esența fizică de relaxare este obținut prin transformarea deformare elastică încărcarea într-o deformare vâscoasă.

Aflați relaxare în materialele de cercetare de laborator. Pentru o reprezentare vizuală a procesului utilizat de către așa-numitele organisme de model reologice, care are loc deformarea sub aceeași lege ca și corpul însuși. proces târî tranzitorie se întâlnește cel mai bun model de reologice Voigt. resort E1 furnizează Polarizarea pentru a forma tulpina inițială (instantanee), arcul conectat în paralel și glisorul E2 asigura o deformare vâscoasă. Prin modelul Voigt după închiderea completă a procesului de deformare la fluaj e = a0 / a0 + E1 / E2. Dacă luăm în considerare faptul că unitatea de deformare este exprimată în termeni de module de elasticitate: EML = Ex | Ex /

Modelele reologice reflectă natura calitativă a deformarea corpurilor, dar nu a avut un conținut în mod inerent cantitativ. Ei nu iau în considerare conținutul relativ al diferitelor componente asupra proprietăților materialelor compozite și redistribuirea tensiunilor interne între componentele materialului.

rezultate semnificativ mai bune și relațiile cantitative reale sunt de o diagramă structurală.