Механические свойства древесины реферат

Обновлено: 05.07.2024

К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твёрдость, жёсткость, ударная вязкость и другие.

Прочность — способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности. Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.

Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20-25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины. Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок.

Вертикальные статические нагрузки — это постоянные или медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, её определяют и измеряют образцами древесины. Прочность древесины измеряют в Па/см2 (кгс на 1 см2) поперечного сечения образца в месте разрушения, (Па/см2 (кг с/см2).

Сопротивление древесины определяют как вдоль волокон, так и в радиальном и тангенциальном направлении. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание. Прочность зависит от направления действия сил, породы дерева, плотности древесины, влажности и наличия пороков. Механические свойства древесины приведены в таблицах.

Чаще всего древесина работает на сжатие, например, стойки и опоры. Сжатие вдоль волокон действует в радиальном и тангенциальном направлении (рис. 1).

Прочность древесины при растяжении поперёк волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, то есть 65 кгс/см2. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперёк волокон. Прочность древесины на растяжение поперёк волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.

Рис. 1. Испытание механических свойств древесины на сжатие: а — вдоль волокон; б — поперек волокон — радиально; в — поперек волокон — тангенциально.

Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперёк волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твёрдой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.

Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см2.

Прочность древесины при сжатии поперёк волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперёк волокон не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.

Древесину испытывают на сжатие поперёк волокон в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангенциальном; у хвойных — наоборот, прочность выше при тангенциальном сжатии.

Рис. 2. Испытание механических свойств древесины на изгиб.

Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 1000 кгс/см2, то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Рис. 3. Сдвиг древесины: а — вдоль волокон; б — перпендикулярно волокнам.

Рис. 4. Сдвиг деталей: а — обыкновенный; б — двойной.

Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперёк волокон и перерезание.

Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.

Рис. 5. Направление сил в деревянной конструкции, находящейся под нагрузкой: 1 — сдвиг на скалывание; 2 — сжатие; 3 — растяжение; 4 — изгиб; 5 — сжатие.

Твёрдость - это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определённой формы. Твёрдость торцовой поверхности выше твёрдости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твёрдости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие — торцовая твёрдость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); 2) твёрдые — торцовая твёрдость 40,1-80 МПа (лиственница, сибирская берёза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клён, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); 3) очень твёрдые — торцовая твёрдость более 80 МПа (акация белая, берёза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

Твёрдость древесины имеет существенное значение при обработке её режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.

Древесину применяют для изготовления мебели, столярно-строительных изделий. Из неё делают элементы мостов, судов, кузовов, вагонов, тару, шпалы, спортивный инвентарь, музыкальные инструменты, спички, карандаши, бумагу, предметы обихода, игрушки, сувениры. Натуральную или модифицированную древесину применяют в машиностроении и горнорудной промышленности; она является исходным сырьём для целлюлозно-бумажной промышленности, производства древесных плит. Широкому использованию древесины способствуют её высокие физико-механические качества. Хорошая обрабатываемость.

Содержание

Введение
3
1 Строение и состав древесины
4
1.1 Строение дерева
4
1.2 Состав древесины
5
2 Механические свойства древесины
7
Заключение
11
Список использованной литературы
12

Прикрепленные файлы: 1 файл

Механические свойства древесины.docx

1 Строение и состав древесины

1.1 Строение дерева

1.2 Состав древесины

2 Механические свойства древесины

Список использованной литературы

Древесина - сравнительно твердый и прочный волокнистый материал, скрытая корой основная часть стволов, ветвей и корней деревьев и кустарника. Состоит из бесчисленных трубковидных клеток с оболочками в основном из целлюлозы, прочно сцементированных пектатами кальция и магния в почти однородную массу. В природном виде используется в качестве строительного материала и топлива, а в размельченном и химически обработанном виде – как сырье для производства бумаги, древесноволокнистых плит, искусственного волокна. Древесина была одним из главных факторов развития цивилизации и даже в наши дни остается одним из важнейших для человека видов сырья, без которого не могли бы обойтись многие отрасли промышленности.

Трудно назвать какую-нибудь отрасль народного хозяйства, где древесина не использовалась в том ли ином виде, и перечислить разнообразные изделия, в которые древесина входит составной частью. По объему использования и разнообразию применения в народном хозяйстве с древесиной не может сравниться никакой другой материал.

Широкому использованию древесины способствуют её высокие физико-механические качества. Хорошая обрабатываемость. А также эффективные способы изменения отдельных свойств древесины путем химической и механической обработки. Древесина легко обрабатывается, имеет малую теплопроводность, достаточно высокую прочность, при небольшой массе хорошую сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам, в сухой среде долговечна. Древесина соединяется крепёжными изделиями, прочно склеивается, сохраняет красивый внешний вид, на неё хорошо наносятся защитно-декоративные покрытия. Вместе с тем древесина имеет недостатки: она подвержена горению и загниванию, разрушению от воздействия насекомых и грибов, гигроскопична, вследствие чего может разбухать и подвергаться усушке, короблению и растрескиванию. Кроме того, древесина имеет пороки биологического происхождения, которые снижают её качество. Чтобы использовать древесину, надо знать её свойства, строение и пороки.

1 Строение и состав древесины

1.1 Строение дерева

Растущее дерево состоит из кроны, ствола и корней. При жизни дерева каждая из этих частей выполняет свои определенные функции и имеет различное промышленное применение.

Крона состоит из ветвей и листьев (или хвои). Из углекислоты, поглощаемой из воздуха, и воды, получаемой из почвы, в листьях образуются сложные органические вещества, необходимые для жизни дерева. Промышленное использование кроны невелико. Из листьев (хвои) получают витаминную муку - ценный продукт для животноводства и птицеводства, лекарственные препараты, из ветвей - технологическую щепу для производства тарного картона и древесноволокнистых плит.

Ствол (от 50 до 90% объема всего дерева растущего дерева) Образуется он благодаря камбию. Форма ствола - нейлоид. Проводит воду с растворенными минеральными веществами вверх, а с органическими веществами - вниз к корням; хранит запасные питательные вещества; служит для размещения и поддержания кроны. Он дает основную массу древесины и имеет главное промышленное значение. Верхняя тонкая часть ствола называется вершиной, нижняя толстая часть - комлем. Процесс роста можно представить как нарастание конусообразных слоев древесины. Каждый последний конус имеет большую высоту и диаметр основания. Обычно изучают три основных разреза ствола: поперечный (торцовый), радиальный, проходящий через ось ствола, и тангенциальный, проходящий по хорде вдоль ствола.

При рассмотрении разрезов ствола дерева невооруженным глазом или через лупу можно различить следующие основные его части: кору, камбий, древесину и сердцевину.

Сердцевина - узкая центральная часть ствола, представляющая рыхлую ткань. Сердцевина совместно с древесной тканью первого года развития дерева образует сердцевинную трубку. На торцовом разрезе имеет вид темного (или другого цвета) пятнышка диаметром 2-5 мм. На радиальном разрезе сердцевина видна в виде прямой или извилистой темной узкой полоски. Она может быть круглой овальной, треугольной (ольха), четырёхугольной (Ясень), пятиугольной (тополь) и зубчатой (дуб).

Кора покрывает дерево сплошным кольцом и состоит из внешнего коркового слоя и внутреннего слоя - луба, который проводит воду с органическими веществами, выработанными в листьях, вниз по стволу. Кора предохраняет дерево от механических повреждений, резких перемен температуры, насекомых и других вредных влияний окружающей среды. Вид и цвет коры зависят от возраста и породы дерева. У молодых деревьев кора гладкая, а с возрастом в коре появляются трещины. Кора может быть гладкой (пихта), чешуйчатой (сосна), волокнистой (можжевельник), бородавчатой (бересклет). Цвет коры имеет множество оттенков, например белая у березы, темно-серая у дуба, темно-бурая у ели. В зависимости от породы, возраста дерева и условий произрастания у наших лесных пород кора составляет от 6 до 25% объема ствола. Кора многих древесных пород имеет большое практическое применение. Она используется для дубления кож, изготовления поплавков, пробок, теплоизоляционных и строительных плит. Из луба коры делают мочало, рогожи, веревки и др. Из коры добывают химические вещества, применяемые в медицине. Кора березы служит сырьем для получения дегтя. Между корой и древесиной располагается очень тонкий, сочный, не видимый невооруженным глазом слой - камбий, состоящий из живых клеток.

Камбий. Ежегодно в вегетативный период камбий откладывает в сторону коры клетки луба и внутрь ствола, в значительно большом объеме, - клетки древесины. Деление клеток камбиального слоя начинается весной и заканчивается осенью.

Корни (мелкие и грубые) Функции: удерживают дерево в вертикальном положении, проводят воду с растворенными в ней минеральными веществами вверх по стволу; хранят запасы питательных веществ. Корни используются как второсортное топливо. Пни и крупные корни сосны через некоторое время после валки деревьев служат сырьем для получения канифоли и скипидара. Может быть использовано для изготовления технологической трески.

1.2 Состав древесины

В раннем возрасте древесина состоит из заболони, по мере роста анатомические компоненты закупориваются, отмирают живые ткани в центральной зоне, откладываются экстрактивные вещества и образуется ядро. Внутренние элементы консервируются, и таким образом ядро имеет большую стойкость к загниванию. При этом у отдельных пород вся масса древесины окрашена в один цвет (ольха, береза, граб), у других центральная часть имеет более темную окраску (дуб, лиственница, сосна). Темноокрашенная часть ствола называется ядром, а светлая периферическая - заболонъю. Породы, имеющие ядро, называют ядровыми. В других породах, где отмирание не сопровождается потемнением, такие породы называются безядровыми. В том случае, когда центральная часть ствола отличается меньшим содержанием воды, т.е. является более сухой, ее называют спелой древесиной, а породы – спелодревесными (ель, пихта, бук, осина, граб). Остальные породы, у которых нет различия между центральной и периферической частью ствола ни по цвету, ни по содержанию воды, называют заболонными (берёза, клён, ольха).

В безядровых породах бывает тёмный окрас в средней части и это называется ложное ядро. Ширина заболони колеблется в зависимости от породы, условий произрастания. У одних пород ядро образуется на третий год (тис, белая акация), у других - на 30-35-й год (сосна). Поэтому заболонь у тиса узкая, у сосны широкая.

Переход от заболони к ядру может быть резким (лиственница, тис) или плавным (орех грецкий, кедр). В растущем дереве заболонь служит для проведения воды с минеральными веществами от корней к листьям, а ядро выполняет механическую функцию.

2 Механические свойства древесины

К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твердость, жесткость, ударная вязкость и другие.

Прочность - способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности. Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков. Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20. 25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины. Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание.

Предел прочности на растяжение. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см 2 . На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности. Прочность древесины при растяжении поперек волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, то есть 65 кгс/см 2 . Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперек волокон. Прочность древесины на растяжение поперек волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.

Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперек волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твердой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой. Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см 2 . Прочность древесины при сжатии поперек волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперек волокон не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.
Древесину испытывают на сжатие поперек волокон в радиальном и тангентальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангентальном; у хвойных - наоборот, прочность выше при тангентальном сжатии.

Предел прочности при статическом изгибе .При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние - растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочности при изгибе составляет 1000 кгс/см 2 , то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангентальной плоскости на 10. 30% выше, чем по радиальной.
Предел прочности при скалывании поперек волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперек волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.

Твердость - это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определенной формы. Твердость торцовой поверхности выше твердости боковой поверхности (тангентальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твердости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие - торцовая твердость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); 2) твердые - торцовая твердость 40,1 - 80 МПа (лиственница, сибирская береза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клен, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); 3) очень твердые - торцовая твердость более 80 МПа (акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

Твердость древесины имеет существенное значение при обработке ее режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.

Ударная вязкость характеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше, чем у древесины хвойных пород. Ударную твёрдость определяют, сбрасывая стальной шарик диаметром 25 мм с высоты 0,5 м на поверхность образца, величина которого тем больше, чем меньше твёрдость древесины.

Механические свойства характеризуют способность древесины сопротивляться действию усилий. К механическим свойствам древесины относятся прочность и деформативность, а также некоторые эксплуатационные и технологические свойства.
Прочность – способность древесины сопротивляться разрушения под действием механических усилий; характеристикой ее является предел прочности – максимальное напряжение, которое выдерживает древесина без разрушения. Показатели пределов прочности устанавливают при испытании древесины на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг и редко при кручении.

Вложенные файлы: 1 файл

механические свойства древесины.docx

Реферат на тему:

Печников Константин Александрович, МТД – 22

Руководитель: Жданов Н.Ф.

Прочность – способность древесины сопротивляться разрушения под действием механических усилий; характеристикой ее является предел прочности – максимальное напряжение, которое выдерживает древесина без разрушения. Показатели пределов прочности устанавливают при испытании древесины на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг и редко при кручении.

Деформативностью называется изменение формы и размеров древесины под действием внешних сил.

Прочность древесины при растяжении. Испытание на растяжение вдоль волокон проводят на образцах сложной формы (рисунок 1).

Рисунок 1 – Испытание древесины на растяжение вдоль волокон: а – образец; б – схема закрепления образца в захватах испытательной машины

Разрушение происходит в виде разрыва волокон. Характер разрыва волокон может быть длинноволокнистый или защепистый для древесины с высокой прочностью, и гладкий или раковистый для древесины с малой прочностью.

Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 130 МПа. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.

Прочность древесины при растяжении поперек волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть предела прочности при растяжении вдоль волокон, т.е. 6,5 МПа. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперек волокон. Прочность древесины поперек волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины. В таблице 1 приведена прочность древесины при растяжении вдоль волокон.

Таблица 1 – Прочность древесины при растяжении вдоль волокон

Предел прочности, МПа, при влажности, %

Из данных таблицы 1видно, что при влажности 12 % наибольший предел прочности при растяжении имеет акация белая, а наименьшую – пихта сибирская. При влажности 30 % и более наибольшей прочность при растяжении обладает береза, а наименьшей – пихта сибирская.

Прочность древесины при сжатии. Испытание древесины на сжатие вдоль волокон является наиболее распространенным. Это объясняется простотой приложения нагрузки, а также и тем, что древесина оказывает большое сопротивление сжатию волокон.

Для испытания на сжатие используют образец в форме прямоугольной призмы с основанием 20×20 мм и высотой (вдоль волокон) 30 мм (рисунок 2).

Рисунок 2 – Образец для испытания на сжатие вдоль волокон

Средняя величина предела прочности для всех пород составляет 50 Мпа (при влажности 12 %). Прочность древесины при сжатии поперек волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 10 раз. В таблице 2 приведена прочность древесины при сжатии вдоль волокон.

Таблица 2– Прочность древесины при сжатии вдоль волокон

Предел прочности при влажности, %

Из данных таблицы 2 видно, что наибольший предел прочности при сжатии вдоль волокон при влажности 12 % имеет акация белая, а наименьший – тополь и пихта сибирская. При влажности 30 % и более наибольшей прочностью обладает акация белая, а наименьшей – пихта сибирская.

Прочность древесины при статическом изгибе. Испытания проводят на образцах прямоугольного сечения размером 20×20×300 мм. Образец располагают на опорах и нагружают двумя нажимными ножами (рисунок 3)

Излом может быть защепистым, что свидетельствует о высоком качестве древесины, и гладким с небольшими тупыми выступами у древесины низкого качества. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 100 МПа, т.е. в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Кроме обычного поперечного изгиба, когда волокна древесины направлены вдоль оси бруска, встречаются случаи работы древесины на изгиб, когда волокна ее направлены поперек оси бруска.

Рисунок 3 – Схема испытания древесины на статический изгиб

Предел прочности на изгибе в последнем случае составляет 4-5 % от предела прочности при обычном изгибе. В таблице 3 представлены данные по прочности древесины при статическом изгибе.

Таблица 3 – Прочность древесины при статическом изгибе

Предел прочности, МПа, при влажности, %

Из данных таблицы 3 видно, что при влажности 12, 30 % и более наибольшей прочностью при статическом изгибе обладает акация белая, а наименьшей – пихта сибирская и тополь.

Прочность древесины при сдвиге. При испытаниях на сдвиг к образцу прикладываются две равные и противоположно направленные силы, вызывающие разрушение в параллельной им плоскости. Различают три случая сдвига (рисунок 4): скалывание вдоль и поперек волокон, и перерезание.

Рисунок 4 – Случаи сдвига древесины: а – скалывание вдоль волокон; б – скалывание поперек волокон; в – перерезание поперек волокон

Скалывание вдоль волокон – одно из важнейших механических свойств древесины. Для испытания на скалывание вдоль волокон используют образец, форма и размеры которого показаны на рисунке 5. В образце измеряют ширину b и длину l площади скалывания, после чего он устанавливается в специальном приспособлении и доводится до разрушения.

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бука, дуба, граба), скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30 % выше, чем скалывание по радиальной плоскости.

Рисунок 5 – Образец для испытания древесины на скалывание вдоль волокон

Предел прочности при скалывании поперек волокон примерно в 2 раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперек волокон в 4 раза выше прочности при скалывании вдоль волокон. В таблице 4 представлены данные по прочности древесины при скалывании вдоль волокон.

Таблица 4 – Прочность древесины при скалывании вдоль волокон

Предел прочности, МПа, при скалывании в плоскости

радиальной при влажности, %

тангенциальной при влажности, %

Из данных таблицы 4 видно, что наибольший предел прочности в радиальной плоскости при влажности 12 % имеет граб, при 30 %

Твердость. Твердость – это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определенной формы. Твердость торцовой поверхности выше твердости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твердости все древесные породы можно разделить на три группы:

мягкие – торцовая твердость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан);

твердые – торцовая твердость 40,1 - 80 МПа (лиственница, сибирская береза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клен, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень);

очень твердые – торцовая твердость более 80 МПа (акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

Ударная вязкость. Ударная вязкость характеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения. Определяется при испытаниях на изгиб. Чем больше требуется затратить работы на разрушение образца, тем выше вязкость.

По характеру излома можно судить о качестве древесины. Вязкая древесина дает защепистый излом, хрупкая древесина дает гладкий (раковистый) излом. Древесина лиственных пород обладает большей вязкостью (примерно в 1,5-2 раза) по сравнению с древесиной хвойных пород.

Износостойкость древесины – способность поверхностных слоев противостоять износу, т.е. разрушению в процессе трения.

Износостойкость зависит от плотности и твердости, направления по отношению к волокнам, а также от влажности. С увеличением плотности износ и твердости с поверхности древесины уменьшается. Влажность древесины облегчает ее износ. Износ древесины с боковой поверхности больше, чем с торцовой.

Способность древесины удерживать металлические крепления. При забивании гвоздя в древесину ее волокна частично перерезаются, изгибаются, разрушаются, возникают упругие деформации и на Бокову. Поверхность гвоздя эти деформации оказывают давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь в древесине.

Величина сопротивления выдергиванию зависит от направления гвоздя или шурупа по отношению к волокнам, породы древесины и плотности. Для выдёргивания гвоздя, вбитого вдоль волокон, требуется меньшее усилие (на 10-50 %) по сравнению с усилием, необходимым для выдергивания такого же гвоздя, забитого поперек волокон. Чем больше плотность древесины, тем выше сопротивление выдергиванию гвоздя или шурупа.

Технология обработки древесины. Элементы машиноведения

1. Физико-механические свойства древесины

Древесина обладает различными свойствами. Среди них различают физические и механические.

К физическим свойствам относят плотность, влажность, цвет, запах.

К механическим относят свойства древесины, которые связаны с воздействием на нее внешних сил. Это такие свойства, как твердость, прочность, упругость

Вы уже обратили внимание, что древесина различных пород бывает легкой и тяжелой, т. е. менее плотной и более плотной.

Плотностью называют количество массы древесины m (кг), содержащейся в единице объема V(м 3 ):

Например, если брусок из сосны имеет объем 0,01 м 3 и массу 5 кг, то плотность древесины сосны составит 5 / 0,01 = 500 (кг/м 3 ).

Малую плотность имеют липа, ель, сосна, тополь, кедр ( — 400. 550). Большую плотность имеют дуб, береза, лиственница, ясень, клен, яблоня, груша ( = 700. 900).

Влажностью древесины называют количество влаги, содержащейся в массе древесины. При высушивании древесины часть влаги испаряется. Массу воды, содержащейся в древесине, можно определить, если взвесить образцы до и после высушивания и найти разность m₁ — m₂, где m₁ — масса образца древесины до высушивания, m₂ - масса образца древесины после высушивания.

Теперь, если эту разность, т. е. массу испаренной влаги, разделить на массу высушенного образца и умножить на 100 %, то получим влажность древесины W:

Например, если масса образца древесины до высушивания составляла 60 г, а после высушивания — 40 г, то влажность древесины до высушивания составляла:

[(60 - 40) / 40] • 100 % = 50 % .

Твердостью древесины называют ее способность сопротивляться проникновению в нее других тел, например вдавливанию в ее поверхность с определенной силой стального шарика. По величине отпечатка (лунки) на поверхности древесины судят о ее твердости. Чем меньше лунка, тем тверже древесина. В твердую древесину трудно вбить гвоздь, труднее строгать ее рубанком, пилить, выдалбливать, сверлить, резать ножом.

Прочностью древесины называют ее способность выдерживать определенные нагрузки не разрушаясь. Чем большие нагрузки она выдерживает, тем она прочнее. Высокой прочностью обладает древесина дуба, клена, березы, а низкой — осины, липы, ели. Различают прочность на растяжение, сжатие и изгиб. При этом волокна древесины растягиваются, сжимаются или изгибаются. И если действующие нагрузки превысят те, которые древесина может выдержать (допустимые), то изделие разрушится. На растяжение, например, работают подвески люстр. На сжатие работают ножки стульев, сваи мостов. На изгиб работают лыжи, балки и настилы мостов.

Действующие нагрузки и допустимую прочность на растяжение, сжатие и изгиб определяют в H/S , где H — сила в ньютонах (1 ньютон 0,1 кг), S (мм 2 ) — площадь поперечного сечения детали. Допустимая прочность приводится в справочниках.

Упругостью древесины называют ее способность восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия непродолжительной нагрузки. Из упругой древесины делают лыжи, палки, линейки, спортивные луки.

Цвет древесины весьма различен у разных пород, поэтому по цвету можно определить породу древесины. Древесина имеет в основном приятные цвета желтоватых оттенков. В изделиях из древесины стараются сохранить ее естественный приятный цвет, не окрашивая ее или лакируя поверхности прозрачными лаками.

Рис. 1. Сушка пиломатериалов в штабелях

Запах древесины является определяющим признаком пород. Смолистый запах имеет древесина хвойных пород. Специфичный едкий запах имеет древесина осины.

Свежесрубленная древесина имеет влажность около 60. 80 %. Чтобы получить древесину с производственной влажностью 8. 15 %, ее сушат.

Сушка древесины бывает естественной (атмосферной) и искусственной (камерной).

Для естественной сушки пиломатериалы укладывают с прокладками в штабель (рис. 1) на открытом продуваемом месте или под навесом.

Искусственную сушку древесины осуществляют в сушильных камерах. Этот процесс проходит намного быстрее, так как древесина обдувается горячим воздухом и испаряет свою влагу.

В результате высушивания древесины происходит ее усушка — уменьшение размеров. Усушка различна вдоль и поперек волокон, а также в радиальном и в тангенциальном направлениях. Поэтому образцы, выпиленные из различных зон поперечного сечения ствола (рис. 2), после высушивания имеют различные формы, т.е. коробятся.

Чтобы не происходило большого коробления пиломатериалов, их высушивают в штабелях с прокладками под давлением в зажатом состоянии.

На рис. 3 приведены различные виды покоробленности досок.

Практическая работа №1

Определение плотности древесины по объему и весу образца

1. Пронумеруйте выданные учителем образцы древесины и вычислите их объемы в м3, умножив их длину на ширину и высоту в м. Данные запишите в тетрадь.
2. Взвесьте образцы и запишите их массы в кг.
3. Определите по формуле плотность древесины для каждого образца в кг/м3.

Практическая работа №2

Определение влажности образцов древесины

1. Взвесьте сухие 3 — 4 образца древесины разных пород. Пронумеруйте их. Результаты запишите в таблицу.
2. Окуните их в воду и выдержите 5. 10 минут.
3. Выньте и вытрите образцы сухой тряпкой Опять взвесьте. Результаты запишите в таблицу.
4. Вычислите их влажность по формуле.

О Физические и механические свойства древесины, плотность, влажность, твердость, прочность (растяжение, сжатие, изгиб), действующие нагрузки, допустимая прочность, упругость, цвет, запах, свежесрубленная древесина, сушка естественная и искусственная, штабель, сушильная камера, производственная влажность, коробление.

1. Перечислите физические и механические свойства древесины. 2. Что называют плотностью, влажностью, прочностью, твердостью, упругостью? 3. Для чего сушат древесину? 4. Какие виды сушки древесины вы знаете? 5. Как можно определить влажность древесины?

Самородский П.С., Симоненко В.Д., Тищенко А.Т., Технология. Трудовое обучение: Учебник для учащихся 7 класса (вариант для мальчиков) общеобразовательной школы. / Под ред. В.Д. Симоненко.— М.: Вентана-Графф, 2003. — 192 е.: ил.

_{Технология для 7 класса, учебники и книги по технологии скачать, библиотека онлайн}

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Коррекционная школа-интернат №2 Физические и механические свойства древесины 6- 7 классы Учитель технологии Бигаев В.Х. Заслуженный учитель РСО-Алании Моздок 2014

Тема занятия. Физические и механические свойства древесины. Цель занятия: обучающая - ознакомление обучающихся с физическими и механическими свойствами древесины, со способами сушки древесины, решать задачи на определение плотности и влажности древесины; развивающая - дальнейшее развитие умения применять знания полученные при изучении природоведения, биологии и при изучении технологии обработки древесины, развитие навыков определять влажность различных пород древесины, различать мягкие, твёрдые и очень твёрдые породы, развивать логическое мышление, формирование умения анализировать осуществлять умозаключение, устанавливать причинно-следственные связи. Развивать способность выражать свою точку зрения, умения общаться, сравнивать, делать выводы. Умения получать дополнительные знания с использованием информационных технологий через интернет; воспитательная - прививать обучающимся интерес к труду и желания к познанию нового материала, формирования воли, настойчивости и самостоятельности, воспитание сознательной дисциплины, аккуратности и внимательности при выполнении практического задания, умения работать в коллективе.

Физико-механические свойства древесины Физические свойстваМеханические и технологические ► Плотность ► Влажность ► Запах ► Теплопроводность ► Звукопроводность ► Электропроводность ► Текстура ► Блеск ► Цвет ► Твёрдость ► Упругость ► Прочность ► Износостойкость ► Сопротивление раскалыванию

Многие изделия изготавливают из сухой древесины, влажность которой составляет 8. 15 %. Детали из сухой древесины не коробятся, хорошо обрабатываются, не гниют, хорошо красятся, долго служат. Свежесрубленная древесина имеет влажность около 60. 80 %. Чтобы получить древесину с производственной влажностью 8. 15 %, ее сушат. Сушка древесины бывает естественной (атмосферной) и искусственной (камерной). Для естественной сушки пиломатериалы укладывают с прокладками в штабель (рис. 1) на открытом продуваемом месте или под навесом. Искусственную сушку древесины осуществляют в сушильных камерах. Этот процесс проходит намного быстрее, так как древесина обдувается горячим воздухом и испаряет свою влагу (рис.2). В результате высушивания древесины происходит ее усушка — уменьшение размеров. Усушка различна вдоль и поперек волокон, а также в радиальном и в тангенциальном направлениях. Поэтому образцы, выпиленные из различных зон поперечного сечения ствола (рис.3), после высушивания имеют различные формы, т.е. коробятся. Рис.1 Рис.2 Рис.3

Одно не мало важное свойство древесины – цвет- способность материалов вызывать определённые зрительные ощущения. Цвет зависит от условий, где росло дерево и от возраста. Цвет древесины весьма различен у разных пород, поэтому по цвету можно определить породу древесины. Древесина имеет в основном приятные цвета желтоватых оттенков. В изделиях из древесины стараются сохранить ее естественный приятный цвет, не окрашивая ее или лакируя поверхности прозрачными лаками. Текстура - рисунок образующийся при спиливании дерева. В месте распила происходит прерывание годичных линий и эти прерванные линии образуют текстуру древесины. дуб береза кедр ель сосна липа тополь Запах - зависит от содержания в древесине смол и дубильных веществ. Также запах зависит от срока давности срубленного дерева. Свежесрубленное дерево имеет более сильный запах, а по мере высыхания дерева и, соответственно, испарении влаги запах снижается. Смолистый запах имеет древесина хвойных пород. Специфичный едкий запах имеет древесина осины.

Теплопроводность – одно из положительных свойств. В отличие от других строительных материалов древесина является менее теплопроводным. Это свойство способствует хорошей теплоизоляции помещения от окружающей среды. Звукопроводимость – свойство материала проводить звук с определенной скоростью. В древесине быстрее всего звук распространяется вдоль волокон. Звукопроницаемость древесины в продольном направлении в 16 раз, а в поперечном – в 3–4 раза больше звукопроницаемости воздуха. Это отрицательное свойство древесины требует при устройстве деревянных перегородок, потолков и т.д. применения звукоизолирующих материалов. Способность древесины усиливать звук широко используется при изготовлении музыкальных инструментов. Наилучшая древесина для этого – древесина сосны, ели, пихты кавказской и сибирского кедра. Электропроводность древесины характеризуется ее сопротивлением прохождению электрического тока. Она зависит от породы, температуры, направления волокон и ее влажности.

Механические и технологические свойства древесины Механические свойства древесины характеризуют ее способность сопротивляться воздействию внешних сил (прочность, твердость, упругость). Прочность древесины - её способность выдерживать нагрузки, не разрушаясь. Она зависит от породы древесины, ее плотности, влажности. Высокая прочность древесины у дуба, клена и др., меньшая - у липы, тополя и др. Твердость древесины – её способность сопротивляться проникновению в нее других, более твердых тел. Попробуйте, например, забить гвоздь в дубовую доску. Скорее всего гвоздь согнется. А в заготовку из осины или липы он входит легко, потому что испытывает меньшее сопротивление. Поэтому и различают породы мягкие (сосна, ель, тополь, липа, осина, ольха, каштан), твердые (береза, дуб, бук, вяз, рябина, клен, лещина, яблоня, ясень), очень твердые (граб, кизил, самшит, тис). Более твердая древесина меньше истирается, дольше служит человеку. Из такой древесины изготовлены, например, колодка рубанка, крышка верстака. Упругость древесины - её способность восстанавливать первоначальную форму после непродолжительного действия внешних сил. Это свойство имеет важное значение для практического использования древесины. Вы, наверное, видели, как прогибаются лыжи, когда лыжник едет по неровной поверхности. Но вот неровное место пройдено, и лыжи снова принимают прежнюю форму. Упругостью обладает измерительная линейка Механические свойства древесины связаны с технологическими – способностью удерживать металлические крепления (гвозди, шурупы и т.д.), сопротивляться раскалыванию, противостоять износу при трении, способностью гнуться.

Основные термины Свойства древесины: физические (цвет, запах, блеск, плотность, влажность, теплопроводность, звукопроводимость, электропроводность), механические (прочность, твердость, упругость), свежесрубленная древесина, сушка естественная и искусственная, штабель, сушильная камера, коробление.

Краткое описание документа:

Цель занятия: о бучающая - ознакомление обучающихся с физическими и механическими свойствами древесины, со способами сушки древесины, решать задачи на определение плотности и влажности древесины; развивающая - дальнейшее развитие умения применять знания полученные при изучении природоведения, биологии и при изучении технологии обработки древесины, развитие навыков определять влажность различных пород древесины, различать мягкие, твёрдые и очень твёрдые породы, развивать логическое мышление, формирование умения анализировать осуществлять умозаключение, устанавливать причинно-следственные связи. Развивать способность выражать свою точку зрения, умения общаться, сравнивать, делать выводы. Умения получать дополнительные знания с использованием информационных технологий через интернет ; воспитательная - прививать обучающимся интерес к труду и желания к познанию нового материала, формирования воли, настойчивости и самостоятельности, воспитание сознательной дисциплины, аккуратности и внимательности при выполнении практического задания, умения работать в коллективе.

Читайте также: