ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК УПРУГОСТИ ДРЕВЕСНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ПРИ ИЗГИБЕ И ПОСТОЯННЫХ ТЕМПЕРАТУРЕ И ВЛАЖНОСТИ СРЕДЫ

CHARACTERIZATION OF ELASTICITY WOOD COMPOSITE

OF MATERIAL AT A BEND AND CONSTANT TEMPERATURE AND OF HUMIDITY ENVIRONMENTS

Стородубцева T.H., д.т.н., профессор Аксомитный А.А., аспирант ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, Россия

Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script DOI: 10Л2737/16294

Аннотация: В статье рассматривается методика испытаний древесного композиционного материала при изгибе, определяются характеристики упругости при постоянной температуре и влажности.

Summary: The technique of testing wood composite of material flexural elasticity determined by the characteristics of a constant temperature and humidity.

Ключевые слова: древесина, композит, упругость, температура,

влажность.

Keywords: wood, composite elasticity, temperature, humidity.

В последние два десятилетия комплексному использованию отходов древесины уделяется серьезное внимание. Так, производство

древесностружечных и древесноволокнистых плит сократило в какой-то мере количество бросовых отходов, однако миллионы тонн их оставляют в лесу, в отвалах деревообрабатывающих комбинатов, сжигают и т.п. Кроме того, выяснилось, как всегда достаточно поздно, что связующие этих материалов не являются экологически чистыми, вредят здоровью людей.

В связи с изложенным, представляется крайне актуальным направить отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности России на получение компонентов коррозионностойких композиционных материалов.

В работе Стородубцевой [1] для древесного композиционного материала показано в широком диапазоне нагрузок при испытаниях на чистый изгиб справедливость гипотезы плоских сечений Я. Бернулли и закон пропорциональности между нагрузками и деформациями Р. Гука. Это позволило при подсчете напряжений, деформаций и соответствующих модулей упругости, являющихся важнейшими характеристиками конструкционных композиционных материалов (КМ), применять известные формулы науки о сопротивлении материалов и разработать методики прогнозирования и оценки длительной прочности композиционных материалов, так как основным критерием, определяющим эксплуатационные свойства строительных материалов, является время.

Испытания на чистый изгиб модифицированного древесного композита проводили на образцах с размером поперечного сечения 8x8 см и длиной 70 см, но их обработка гидрофобизирующими составами не проводилась. Главный центральный момент инерции сечения был равен Iz=bh3/12=341 см4, а момент сопротивления Wz=bh2/6=85 см3.

Используя расчетные схемы и соответствующие им эпюры изгибающих моментов, подсчитывали по величине прилагаемой нагрузки Foi значение изгибающего момента Moi и напряжение в наиболее удаленных от нейтрального слоя волокнах

или подсчитывали прогиб в зоне чистого изгиба с пролетом ? по формуле

Или, наоборот, зная прогиб - foi, можно подсчитать значение Е^к - секущего модуля упругости при чистом изгибе, например:

При подсчете полного прогиба fMaKC образца по середине пролета использовали формулу

Используя формулу 3, можно показать, что наибольшие относительные деформации волокон в зоне чистого изгиба eoi прямо пропорциональны соответствующему прогибу f oi:

те- foi =C-soi.

Вначале исследования механических свойств древесного композита при чистом изгибе были проведены при кратковременном испытании со скоростью деформирования, максимально близкой к средней скорости деформирования при длительном нагружении для исследования процесса ползучести, в начальной его стадии, а именно: 0,5 мм/мин, т.е. с помощью ручного привода. Это позволило сравнить в дальнейшем получаемые характеристики его прочности и жесткости древесного композита при названных выше видах нагружения.

Условная диаграмма разрушения образца из древесного композита в координатах aoi - foi приведена на рисунке. Для нее напряжение aoi

подсчитывали по формуле (2), а секущие модули упругости Е^к - по формуле (4).

На участке 1 диаграммы разрушения образца тангенс угла наклона касательной к кривой деформации численно равен модулю упругости Е™, и если изменяется, то не значительно, поэтому кривую можно заменить уравновешивающей прямой и считать, что на этом участке материал следует закону пропорциональности Р. Гука.

Условный предел пропорциональности древесного композита при чистом изгибе был определен по методике, предложенной В.Ф. Яценко для определения этого предела у древесины и древесно-слоистого пластика ДСП при сжатии [2]. Его определили как напряжение, при котором модуль упругости на криволинейном участке диаграммы разрушения древесного композита уменьшается на 50 % по сравнению с модулем упругости на условно линейном участке [3].

В пределах прямолинейного участка диаграммы при произвольно выбранном напряжении брали соответствующую ему деформацию, например в нашем случае foi=30-10~3 мм (рисунок). Затем, увеличивая ее вдвое, т.е. до foi=60-10~3 мм, восстанавливали перпендикуляр из соответствующей точки на оси абсцисс до его пересечения с кривой деформации. Полученную точку соединяли с началом координат прямой линией и проводили касательную к кривой, параллельную этой прямой. Точка касания (П) определяет координату, соответствующую численному значению условного предела пропорциональности - а™, равного 10,5 МПа, а по абсциссе - соответствующий прогиб - fnu, равный 0,034 мм. Из изложенного очевидно, что предложенная В.Ф. Яценко [2] методика не может быть признана удовлетворительной как по ничем не обоснованному предположению о 50 % уменьшении модуля упругости на криволинейном участке диаграммы, по сравнению с модулем упругости на прямолинейном, так и по весьма приближенному графическому способу определения апц. Тем не менее важен

факт, что наличие такого предела признавалось для древесины и ДСП. В работе [1] нами

Характерная диаграмма разрушения образца из древесного композита при чистом изгибе

Рисунок - Характерная диаграмма разрушения образца из древесного композита при чистом изгибе

отмечено, что роли предела пропорциональности, являющегося одной из основных характеристик упругости в комплексе свойств природного (древесина) и вновь создаваемых композиционных

материалов, до настоящего времени не придавалось серьезного значения. Причиной этому являлось то, что зачастую происходила путаница между этой характеристикой и пределами упругости, пластического течения и т.п. Особенно трудно определить эту разницу для древесных композитов, у которых так же, как у древесины, диаграмма разрушения не имеет ярко выраженного перехода прямой линии в начале нагружения в кривую.

Используя уравнение (2), подсчитывали значения условных пределов пропорциональности и упругости, которые практически совпали с их средним арифметическим значением для семи образцов в серии, т.е.

Полученные характеристики упругости играют важную роль в понимании процессов ползучести под действием постоянной изгибающей нагрузки без и одновременном погружении в воду.

Список литературы

  • 1. Стородубцева, Т.Н. Композиционный материал на основе древесины для железнодорожных шпал: Трещиностойкость под действием физических факторов: моногр. / Т.Н. Стородубцева. - Воронеж: Изд-во Воронеж, гос. ун-та, 2002.-216 с.
  • 2. Яценко, В.Ф. Прочность и ползучесть слоистых пластиков (сжатие, растяжение, изгиб) / В.Ф. Яценко.- Киев: Наукова думка, 1966 - 204 с.
  • 3. Стородубцева, Т. Н. Исследование влияния свойств древесного заполнителя на трещиностойкость композиционного материала / Т. Н. Стородубцева, А. А. Аксомитный // Лесотехнический журнал. - 2014. - Т. 4, № 3 (15). - С. 213-220.

УДК 684.4.05

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >