Работа древесины при растяжении, сжатии, изгибе

Образец на сжатие – призма 20х20х30 мм, на растяжение – пластина.

Предел прочности древесины при растяжении вдоль волокон в стандартных чистых образцах (влажностью 12%) высок – для сосны и ели он в среднем 100 МПа. Модуль упругости 11-14 ГПа. Наличие сучков и присучкового косослоя значительно снижает сопротивление растяжению.

При ослаблении деревянных элементов отверстиями и врезками их прочность снижается больше, чем получается при расчете по площади нетто. Здесь сказывается отрицательное влияние концентрации напряжений у мест ослаблений. Опыты показывают также, что прочность при растяжении зависит от размера образца; прочность крупных образцов в результате большей неоднородности их строения меньше, чем мелких.

При разрыве поперек волокон в следствии анизотропности строения древесины предел прочности в 12-17 раз меньше, чем при растяжении вдоль волокон. Следствием этого является большое влияние косослоя, при котором направление усилия не совпадает с направлением волокон.

Испытания стандартных образцов на сжатие вдоль волокон дают значение предела прочности в 2-2,5 раза меньшие, чем при растяжении. Для сосны и ели при влажности 12% предел прочности на сжатие в среднем 40 МПа, а модуль упругости примерно такой же, как при растяжении. Кроме того, в деревянных конструкциях размеры сжатых элементов обычно назначаются из расчета на продольный изгиб, т.е. при пониженном напряжении, а не из расчета на прочность. Благодаря указанным особенностям работа сжатых элементов в конструкциях более надежна, чем растянутых.

При поперечном изгибе значение предела прочности занимает промежуточное положение между прочностью на сжатие и растяжение. Для стандартных образцов из сосны и ели при влажности 12% предел прочности при изгибе в среднем 75 МПа. Модуль упругости примерно такой же, как при сжатии и растяжении. Поскольку при изгибе имеется растянутая зона, то влияние сучков и косослоя значительно.

Определение краевого напряжения при изгибе по обычной формуле σ=М/W соответствует линейному распределению напряжений по высоте сечения и действительно в пределах небольших напряжений. При дальнейшем росте нагрузки и увеличении кривизны эпюра сжимающих напряжений в соответствии с диаграммой на сжатие принимает криволинейный характер. Одновременно нейтральная ось сдвигается в сторону растянутой кромки сечения. При этом фактическое краевое напряжение сжатия меньше, а напряжение растяжения больше вычисленных по формуле.

Т.к. древесина полимерный, упругий материал, то в расчет берется I стадия.

Условный предел прочности при изгибе зависит от формы поперечного сечения. При одном и том же моменте сопротивления у круглого сечения он больше, чем у прямоугольного, а у двутаврового сечения меньше, чем у прямоугольного. С увеличением высоты сечения предел прочности снижается. Все эти факторы учитываются в расчете введением соответствующих коэффициентов к расчетным сопротивлениям.