Древесина как конструкционный материал

В результате растительного происхождения и условий роста дерева древесина имеет трубчатое слоисто волокнистое строение. Ствол состоит из: 1) кора, 2) камбий, 3) заболонь, 4) ядро, 5) сердцевина. Древесные волокна имеются в своем распоряжении концентрическими слоями вокруг оси ствола, которые называют годовыми слоями, потому что каждый слой нарастает на протяжении года. Годовые слои делятся на раннюю и позднюю древесину. Основа древесины – трахеиды (до 90% всего объема). Трахеидами вытянуты вдоль ствола полые отмершие клетки, ведущие воду от корня к кроне. Они добавляют древесине механическую прочность. Плотность и прочность древесины зависят от относительного содержания в ней поздней древесины, которое в сосны, например, колеблется от 10 до 30%. Различают 3 плоскость: торцевой, тангенциальный, радиальный. Влажность древесины предоставляет значительное влияние на ее свойстве. Влажность древесины – это процентное содержание свободной воды в полостях и гигроскопической воды в порах древесины. Два вида влаги: связанная (гигроскопическая – содержится в клетках самой целлюлозы), свободная (капиллярная – в межклеточном пространстве). Maксимальное количество влаги – предел гигроскопичности и =30%. Древесина химически стойка к калийно-натриевым солям, к минеральным удобрениям, низкой концентрации плавиковой, фосфорной и соляной кислоты, средней концентрации уксусной и муравьиной кислоты. Не стойка к серной и азотной кислоте. Физические свойства: 1) плотность; зависит от количества пустот, толщины стенок волокон и содержания влаги (сосна и ель – 5 кн/м3, береза 6 кн/м3), 2) температурное расширение – линейное расширение при нагревании, которое характеризуется коэффициентом линейного расширения в древесине разный вдоль волокон под углом к ним. Коэффициент в 2-3 разы меньше чем в стали 3) теплопроводимость – в результате пористого строения древесина плохо проводит тепло. Теплопроводимость древесины вдоль волокон больше, чем поперек волокон. Механические свойства древесины, которая является естественным полимером, изучаются на основе реологии – науки об изменении свойств вещества во времени под действием тех или других факторов, в данном случае нагрузок. 2 Реологиях свойства: ползучесть – свойство материала дополнительно деформироваться со временем при постоянной нагрузке; релаксация – уменьшение напряжения со временем. Разные механические свойства материалов при разном направлении усилия к волокнам называется анизотропией и обусловленно трубчатым строением древесины. Для древесины в инженерных расчетах принята транстропная модель анизотропии, которая допускает разные механические и упругие свойства только в двух направлениях (вдоль и поперек волокон). Свойства в тангенциальном и радиальном направлении практически одинаковые. При растягивании вдоль волокон и поперек волокон характер разрушения хрупок, что является опасным. При том, которое смяло прочностние характеристики практически не отличаются от сжатия. Скалывание вдоль волокон является одним из слабых мест в работе древесины. См=0,50,6 кн/см2; характеризуется хрупким разрушением. Прочностние характеристики зависят от породы древесины, от времени действия нагрузки, от размеров поперечного пересечения, от конфигурации элемента. Это все учитывается коэффициентом условия работы.

Гост, сноп, серии