Деревообрабатывающее оборудование
и комплексный инжиниринг

Прочность древесины

Этой статьей мы завершаем начатый в № 46 нашего журнала цикл статей американского профессора Брюса Р. Ходли, посвященный прочности древесины. Но на этом мы не прощаемся с ним: профессор продолжит делиться своими знаниями о природе дерева в следующих номерах "GE-News".

Деформация волокон в результате сжатия

Под воздействием суровых ураганов или под тяжестью снеговой нагрузки толстые стволы деревьев могут испытывать чрезмерный изгиб. То же может произойти во время ветровала или при валке леса. Когда такой ствол изгибается, как один гигантский брус, древесина вогнутой стороны может испытывать деформацию сжатия при отсутствии деформации растяжения на выпуклой стороне. И разрушения, вызванные сжатием, остаются незамеченными. А в древесине результатом этого является появление неравномерно распределенных плоскостей покоробленных продольных волокон, так называемых "деформированных сжатием". Эти локализованные разрушения обычно бывают расположены поперек волокон. В необработанной древесине их практически невозможно обнаружить, но на отфрезерованной или отшлифованной поверхности с продольным расположением волокон они обычно бывают заметны, проявляясь в виде морщинок, расположенных поперек волокна (рис. 1).

Они особенно пагубны для деталей, испытывающих нагрузку на изгиб, так как покоробленная клеточная структура легко разрушается при напряжении, что приводит к поломке детали при нагрузках менее чем средней величины. Особо важные структурные элементы, такие как тетивы лестниц, подмости, детали аэропланов и рангоут лодок, всегда необходимо тщательно проверять на наличие материалов, деформированных сжатием. Такая древесина также непригодна к использованию в процессах гнутья под паром.

Ломкость

Нормальная древесина обычно прочна. Когда она ломается при сгибании, клеточная структура прогрессирующе разделяется как множество ломающихся щепок. При этом процесс последовательного сламывания древесины сопровождают заметный треск и хруст. И происходит значительная деформация детали, далеко за предел эластичности, прежде чем произойдет окончательный слом.

При определенных условиях дерево ломается внезапно, с минимальным отклонением и при неожиданно слабых нагрузках. Такие сломы характеризуются поперечными изломами, лишенными таких симптомов, как разрыв волокон или расщепление. Такое хрупкое и слабое поведение древесины называется ломкостью (рис. 2). Слом фиброзы нормальной древесины можно сравнить со сломом волокнистого стебля сельдерея, тогда как слом ломкой древесины можно сравнить с резким изломом морковки.

Как описывалось выше, дерево, поврежденное сжатием, проявит ломкость при нагрузке на изгиб. Схожий эффект дает "креневая" древесина (об этом мы с профессором писали в "GE-News" № 42 - Ред.). Такая древесина в хвойных породах также проявляет ломкость, несмотря на то, что его плотность выше, чем у нормальной древесины. Повышенная скорость роста также может породить ломкость. У кольцепористых твердолиственных пород пониженная скорость роста приводит к образованию древесины низкой плотности, по причине наличия значительного процента сосудов ранней древесины (об этом также см. "GE-News" № 52 - Ред.) Такая древесина отличается особенной ломкостью и доставляет больше всего хлопот при гнутье с пропаркой. У хвойных пород относительно медленный, но здоровый рост дает плотную, прочную древесину. Особенно медленный рост, как в чахлых и переросших деревьях (древесина с 35-ю и более годовыми кольцами на 2,5 сантиметра) также может приводить к ломкости. Слишком быстрый рост хвойных пород, отражающий низкую плотность доминирующей ранней древесины, тоже обусловит ломкость. Особая склонность к ломкости может быть обусловлена и наличием ювенильной древесины с широкими годовыми кольцами. Дополнительными факторами, обуславливающими ломкость, могут быть длительное воздействие высоких температур и гниение, обусловленное грибками.

Список номеров