Документ: Материаловедение. лабораторный практикум. Черкасов С.В., Адоньева Л.Н, страницы 26-30

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ

4.1. Общие сведения

Механические свойства характеризуют способность древесины сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок).

К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твердость, жесткость, ударная вязкость. На механические свойства древесины оказывают влияние влажность, продолжительность действия нагрузок, направление волокон, форма образца. Прочность древесины не одинакова в различных направлениях вследствие особенностей строения древесины, это необходимо учитывать при расчете строительных конструкций из древесины.

4.2.Цель работы

Изучение методов определения механических свойств древесины.

4.3.Порядок выполнения работы

4.3.1.Определение предела прочности при сжатии вдоль волокон

P

F

Изготавливают образцы (3 шт.) в форме прямоуголь-

ной призмы сечением 20×20 мм и

длиной вдоль волокон

30 мм. Обмеряют по осям симметрии размеры их сечений и

вычисляют площадь. Затем поочередно образцы ставят на

опорную

плиту пресса и испытывают до

разрушения

(рис. 15).

Предел прочности при сжатии вдоль волокон при

влажности w вычисляют по формуле

Pmax

P

Рис.15. Определение

R11

=

, МПа (кгс/см2),

(41)

прочности при сжатии

Pmax

сж(w)

F

где

– разрушающая нагрузка, Н (кгс);

F – площадь поперечного сечения образца, м2 (см2).

Пересчет на стандартную влажность (12 %) осуществляют по формуле

R11

=R11

1+α(W −12)

,

(42)

сж(12%)

сж(w)

где α – поправочный коэффициент, равный 0,04 на 1 % влажности; W – влажность образца в момент испытания, %.

Результаты испытания оформляются в виде табл. 21.

Таблица 21 Определения прочности древесины при сжатии вдоль волокон

Порода	Номер	Размеры поперечного		Pmax ,	W,	R11	,	R11	,
		сечения образца, см		Н ,		сж(w)		сж(12%)
древесины	образца			(кгс)	%	МПа		МПа
		толщина, а	ширина, b

26

Полученные средние результаты сравниваются со справочными данными. В среднем предел прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет около 50 МПа.

4.3.2. Определение предела прочности при статическом изгибе

Изготавливают

образцы (3 шт.) в форме

m

прямоугольной призмы сечением 20×20 мм и дли-

h

ной вдоль волокон 300 мм. Поперечное сечение

в

измеряют по середине длины образца с точностью

Рис.16. Определение

до 0,1 мм и определяют ширину "b" в радиальном

направлении, а высоту "h" - в тангенциальном.

предела прочности

Для испытания

(рис. 16) образец уклады-

вают на две опоры, расстояние между центрами

которых 240 мм. Расстояние между центрами верхних опор - 80 мм. Нагружение образца осуществляют со скоростью 70 ± 15 Н/мин.

Предел прочности при статическом изгибе при влажности (W) вычисляют по формуле

	R	=	Pmax		, МПа (кгс/см2),					(43)
	R	=			, МПа (кгс/см2),					(43)
	изг(w)		b h2
где Pmax			b h2
где Pmax	– разрушающая нагрузка, Н (кгс);
ℓ – расстояние между опорами, м (см);
b, h	– ширина и высота сечения образца, м (см).
Полученные значения приводят к стандартной влажности 12 % по формуле
	R			=R		(	)	]	,	(44)
	R			=R	1+αW −12				,	(44)
	изг(12%)			изг(w)

где a – поправочный коэффициент, равный 0,04 для всех пород; W – влажность образца в момент испытания, %.

Результаты испытаний заносят в табл. 22.

Таблица 22 Определения прочности древесины при статическом изгибе.

Порода	Номер	Размеры попереч-		Макси-	Влаж-	Предел прочности
древеси-	образца	ного сечения об-		мальная	ность	при	статическом
ны		разца, м (см)		нагрузка	W, %	изгибе, МПа
		высота	ширина	Pmax ,
		h	b	Н (кгс)		Ruзг(w)		Ruзг(12 %)

Полученные средние результаты сравниваются со справочными данными

(табл. 24).

В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 100 МПа, т.е. в два раза больше предела прочности при сжатии.

27

4.3.3. Определение предела прочности при скалывании вдоль волокон

а)

б)

Изготавливают образцы (3 шт.)

Рmax

специальной формы (рис. 17, а). Пло-

щадь скалывания должна быть либо в

тангенциальной

либо в радиальной

плоскости. Измеряют размеры площади

скалывания. Затем образец ставят в спе-

циальное приспособление (рис. 17, б) и

Рис.17. Определение предела

нагружают до разрушения (откола вы-

прочности при скалывании вдоль

ступающей части). Скорость нарастания

волокон

нагрузки должна

равняться 40 ± 10

а – образец;

Н/мин.

Предел прочности при скалывании

при влажности W вычисляют по формуле
R11	=	Pmax	, МПа (кгс/см2),	(45)

скл(w)		b

где Pmax – разрушающая нагрузка, Н (кгс); b , ℓ – размеры площади скалывания, см.

Полученные значения приводят к стандартной влажности (12 %) по фор-

муле

R	=R	1+αW −12		) ]	,	(46)
11	11		(	) ]
скл(12%)	скл(w)

где a – поправочный коэффициент на влажность, равный 0,03 для всех пород; W – влажность образца в момент испытания, %.

Результаты испытаний оформляют в виде табл. 23.

	Определения прочности древесины при скалывании							Таблица 23
	Определения прочности древесины при скалывании

Порода	Номер	Плос-	Размеры	попе-	Макси-	Влаж-	Предел	прочности
древе-	образ-	кость	речного	сече-	мальная	ность,	при скалывании,
сины	ца	скалы-	ния, м (см)		нагрузка,	W, %	МПа
		вания	b	h	Н (кгс)
							R11скл(w)	R11скл(12 %)

Полученные результаты сравниваются со справочными данными (см. табл. 24). Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть прочности при сжатии вдоль волокон. Предел прочности при скалывании поперек волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон, что необходимо учитывать при производстве врубок.

28

Таблица 24

Физико-механические свойства древесины

Порода	Плот-	Плот-	Ус-	Предел прочности, МПа, при				Торцо-	Ударная
	ность в	ность	ловная	влажности 12 %				вая	вязкость,
	абсо-	при	плот-	Сжатие	Стати-	Скалывание		твер-	Дж/м3
	лютно	стан-	ность,	вдоль	ческий	вдоль волокон		дость,
	сухом	дартной	кг/м3	воло-	изгиб	ради-	тан-	МПа
	состоя-	влажно-		кон		альное	генци-
	нии,	сти,					альное
	кг/м3	кг/м3
Лиственница	600	630	520	65	112	9,9	9,4	44	51933
Сосна	470	500	400	49	86	7,5	7,3	29	41202
обыкновенная
Ель	420	445	360	45	80	6,9	6,8	26	39240
Пихта	350	375	300	39	69	6,4	6,5	28	29430
сибирская
Граб	760	800	630	60	137	15,6	19,4	91	99081
Дуб	650	690	550	58	108	10,2	12,2	68	76518
Ясень	640	680	550	59	123	13,9	13,4	80	88290
обыкновенный
Бук	640	670	530	56	109	11,6	14,5	61	80442
Береза	600	650	520	55	110	9,3	11,2	47	93195
Орех грецкий	-	590	470	55	110	11,0	11,6	-	74556
Осина	470	495	400	43	78	6,3	8,6	27	84360
Липа	470	495	400	46	88	8,6	8,1	26

Приборы, инструменты, материалы: штангенциркуль, образцы древесины в форме прямоугольной призмы 20×20×30 мм, 20×20×300 мм и для определения прочности при скалывании; испытательный пресс с усилием 5…10 тс; приспособления для проведения испытаний на изгиб и скалывание; плакат с показателями физико-механических свойств древесины различных пород.

Аттестационные вопросы

1.Как определяют предел прочности при сжатии вдоль волокон?

2.Как определяют предел прочности при статическом изгибе?

3.Какова средняя величина предела прочности при сжатии и изгибе для большинства пород древесины?

4.Как определяют предел прочности при скалывании?

5.Приведите формулу пересчета величины прочности древесины с рабочей влажности на стандартную.

6.Что влияет на показатель величины механической прочности древесины?

Литература: [ 1, 2 ].

29

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

5.1. Общие сведения

Природный камень – один из древнейших конструкционных и отделочных строительных материалов. Долговечность этого материала позволила сохранить до нашего времени величайшие шедевры архитектуры.

И в наши дни горные породы являются основным источником получения строительных материалов. Так, в результате относительно несложной механической обработки монолитных горных пород получают материалы в виде плит, блоков, бортовых и облицовочных камней, дорожной брусчатки, бутового камня, щебня и др. В огромных количествах используются рыхлые породы: валуны, гравий, песок, глина и др. Также горные породы являются главным сырьем для производства искусственных строительных материалов (строительной керамики, огнеупоров, стекла, цемента, извести и др.), для чего их подвергают сложным видам механической и химической обработки. В настоящее время в нашей стране на нужды промышленности стройматериалов ежегодно расходуется около 2 млрд т горных пород.

Рациональное использование природных каменных материалов обусловлено их минералогическим составом, декоративными характеристиками (цветом, текстурой, насыщенностью) и основными физико-техническими свойствами: плотностью, пористостью, водопоглощением, морозостойкостью, теплопроводностью, прочностью, твердостью, истираемостью и др.

Физико-технические и декоративные свойства природного камня определяют вид фактурной обработки его поверхности.

Учет строителями совокупности свойств природного камня при возведении зданий и сооружений предопределяет их долговечность и архитектурную выразительность.

Горные породы – это природные образования более или менее однородного состава и строения, образующие в земной коре самостоятельные геологические тела.

Они слагают поверхностные слои земной коры толщиной 15…60 км. Горные породы представляют собой сочетание одного или нескольких

минералов и могут быть мономинеральными (гипс, кальцит и др.) или полиминеральными (гранит, сиенит и др.).

Минералами называются однородные по химическому составу, строению и физическим свойствам природные тела, образовавшиеся в земной коре в результате физико-химических процессов.

30

Материал: Материаловедение. лабораторный практикум. Черкасов С.В., Адоньева Л.Н