Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния древесины в зоне контакта с нагелем Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

92

Вестник ТГАСУ № 1, 2QQS

D.G. KOPANITSA, D.V. LOSKUTOVA

RESEARCH OF TENSION IN WOOD FROM THE ACTION OF THE HAMMERED NAIL ON THE BASIS OF RECONSTRUCTIVE DATA PROCESSING OF SUPERFICIAL SOUNDING

The results of the experimental researches directed on studying of local condensation of wood in the field of interaction with the pointed part of the hammered nail are considered in the paper. Results of experimental researches are presented in the form of radarogram. It is shown, that a introduction of a nail (4mm and 6 mm diameters) in wood arise areas of compression with pressure from 18 up to 22 MPa. Thus the zone of condensation along fibres is 8-10 mm and across fibres is 6 - 8 mm according to diameters of nails. Besides tension of compression the zones of decompaction, extending along fibres on distance till 4 diameters of a nail were discovered.

УДК 624.012

Д.В. ЛОСКУТОВА, аспирант,

ТГАСУ, Томск

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ДРЕВЕСИНЫ В ЗОНЕ КОНТАКТА С НАГЕЛЕМ

В статье представлены результаты экспериментальных исследований деревянных двухсрезных соединений на сжатие с использованием георадара. Получены картины напряженно-деформированного состояния в древесине в зоне контакта с радиопрозрачным нагелем. Калибровка значений напряжений проведена по результатам испытания древесины вдоль и поперек волокон на сжатие.

Для изучения картины распределения напряжений в древесине от действия нагеля в лаборатории деревянных конструкций ТГАСУ проведены экспериментальные исследования. Рассмотрена работа симметричных двухсрезных соединений, объединенных радиопрозрачным нагелем из стеклопластика диаметром 5,4 мм. Оценка напряжений в зоне действия нагеля проведена георадаром.

Схема испытания узлового соединения показана на рис. 1. В процессе эксперимента рассматривалось напряженно-деформированное состояние древесины среднего элемента. Антенна георадара устанавливалась на боковой поверхности узлового соединения. Электромагнитное излучение было направлено перпендикулярно продольной оси конструкции в зону действия нагеля.

Испытания проведены на стенде, конструкция которого показана на рис. 2. Нагрузка создавалась гидравлическим домкратом и прикладывалась к торцам узлового соединения вдоль продольной оси с шагом 1,6 кН.

В процессе испытания помимо георадарных измерений определялись деформации образца во всем диапазоне его прочностных свойств.

Испытано две серии двухсрезных узловых соединений по 6 образцов в каждой. В образцах первой серии нагели устанавливались без предвари-

© Д. В. Лоскутова, 2QQS

тельного просверливания древесины, в образцах второй серии - с предварительным просверливанием.

Рис. 1. Схема испытания узлового соединения

Рис. 2. Общий вид испытания

Результаты экспериментальных исследований представлены в виде диаграмм деформаций на рис. 3 и радарограмм на рис. 4.

а) б)

1 • •

5- К и , 4 о. ! 3-& К 2' 5- К и сС 4 ы &3' & К 2-

.. хгГ.

1 :/

0 Перемещения Ж, мм Перемещения Ж, мм 6

Рис. 3. Диаграмма деформаций: а - для I серии образцов; б - для образцов II серии

Диаграммы деформаций на рис. 3 построены по результатам измерений перемещения среднего элемента узлового соединения в продольном направлении. При этом крайние элементы соединения были закреплены на опоре. На рис. 3, а приведена диаграмма для первой серии образцов, на рис. 3, б - для второй. Построение диаграмм деформаций проведено полиномом y = a + bx + + cx112 посредством программного приложения Table Curve методом наименьших квадратов.

Из рассмотрения рис. 3 следует, что образцы с нагелями без предварительного просверливания на начальном этапе имеют в 1,9 раза большую жесткость, чем у соединений на нагелях, установленных в отверстие. С увеличением нагрузки в упругопластической стадии градиент деформаций образцов I серии был практически в 3 раза ниже, чем у образцов II серии.

На рис. 4 приведены радарограммы, полученные в процессе испытаний образцов I и II серий.

а) 0 1 2 3

б) 0 1 2 3 4

Рис. 4. Радарограммы для образцов I серии (а); II серии (б)

Метки на радарограмах соответствуют этапу нагрузки, действующей на исследуемый образец (табл. 1).

Таблица 1

Номера этапов и соответствующие нагрузки

№ этапа (метки) 0 1 2 3 4

Нагрузка, кН 0 1,6 3,2 4,8 6,4

На рис. 5 приведены обобщенные эпюры напряжений в древесине от действия нагеля на различных этапах нагружения по мере увеличения нагрузки. Появление пластических деформаций древесины в зоне контакта с нагелем были зафиксированы при нагрузке Р = 1,6 кН (рис. 5, а). По мере увеличения нагрузки область уплотнения увеличивалась. Представленные эпюры напряжений окрашены цветом в соответствии с уровнем уплотнения древесины. Наибольшие напряжения наблюдались на контакте с нагелем.

а) б)

Рис. 5. Обобщенные эпюры напряжений в древесине при взаимодействии с нагелем

Значения напряжений приведены в табл. 2. Эти напряжения принимались по радарограммам, полученным при испытании древесины на сжатие

поперек волокон.

Таблица 2

Цветовое обозначение эпюр напряжений в древесине

Цветовой окрас

Значения напряжений О, МПа 5 - 10 10 - 15 15 - 20 20 - 25

Образцы обеих серий доведены до разрушения, которое произошло практически при одинаковой нагрузке 6,4 кН. Разрушенные образцы показаны на рис. 6. Видны следы смятия древесины под нагелем (рис. 7).

Рис. 6. Разрушение образцов

Рис. 7. Обмятие нагельного гнезда

В результате экспериментов выявлены зоны распределения напряжений в древесине от действия нагеля. Наибольшие напряжения наблюдались в зоне контакта древесины с нагелем и достигли значений 21,3 МПа, что в 1,6 раза превышает прочность древесины на смятие вдоль волокон. Сопоставление показало, что нагельные соединения без предварительного просверливания отверстия имеют более высокую жесткость на всем протяжении работы нагеля. При нагрузках, близких к разрушению, соединения с отверстиями работают лучше.

Библиографический список

1. Лукьянов, С.П. Выделение локальных неоднородностей в полупроводящих средах / С.П. Лукьянов, В.Е. Семенчук // Известие вузов. Физика. - 1998. - Т. 41. - № 4 -С. 91-97.

2. Радиолокационная аппаратура для дистанционного контроля физического состояния сред / С.П. Лукьянов, А.С. Карауш, Р.В. Потёмин [и др.] // Наука производству. - 1999. -№ 7 (20). - С. 46-47.

Вестник ТГАСУ № 1, 2QQS

97

D.V. LOSKUTOVA

EXPERIMENTAL RESEARCHES OF THE INTENSE-DEFORMED CONDITION OF WOOD IN A ZONE OF CONTACT WITH DOWEL

The results of experimental researches of wooden double-shear connections on compression with the use of a georadar are presented in the paper. Pictures of the intense-deformed condition in wood in a zone of contact with radio transparent dowel are received. Calibration of values of tension is carried out by the results of compression test of wood far and wide fibres.

УДК 539.3.

А.Н. ХОРОШИЛОВА, аспирант,

ТГАСУ, Томск

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН НА ПОВТОРНЫЙ ПОПЕРЕЧНЫЙ УДАР*

Представлены результаты экспериментальных исследований разрушения моделей железобетонных колонн на копровой установке при двукратном поперечном ударе. Анализ прочности моделей колонн проведен на основе сопоставления данных эксперимента с результатами математического моделирования.

Введение

Строительство многих промышленных объектов в настоящее время невозможно без учета их реакции на динамические нагрузки, к которым относятся взрыв и высокоскоростной удар. Создание надежных методов прочностных расчетов элементов конструкций, работающих в условиях кратковременных импульсных нагрузок, больших скоростей деформаций, высоких температур и других физико-химических воздействий, является актуальной научно-технической проблемой.

В [1-3] предложены математические модели, позволяющие в рамках механики сплошной среды рассчитывать напряженно-деформированное состояние и разрушение конструкционных материалов (металлов, сплавов, полимеров, керамики, металлокерамики, бетона, железобетона и т. д.) при ударноволновом нагружении. Данные модели реализованы в программном комплексе «РАНЕТ-3», позволяющем проводить решение задач высокоскоростного удара и взрыва в полной трехмерной постановке модифицированным методом конечных элементов [1-3]. В рамках данного комплекса проведен расчет прочности конструкций из бетонных плит и песчаного грунта при внедрении и подрыве модельных снарядов в диапазоне скоростей удара до 1000 м/с и различных уг-

* Работа выполнена нри поддержке гранта РФФИ №07-01-00414-а.

© А.Н. Хорошилова, 2008