CC BY
44
ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ ТВЕРДОСТИ НАТУРАЛЬНОЙ И МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ
Шевелева Е.В. (БГИТА, г.Брянск, РФ) Research of static hardness natural and the modified wood.
Одним из важных механических свойств натуральной и модифицированной древесины является твердость. Это свойство древесины характеризует ее способность сопротивляться вдавливанию тела из более твердого материала.
Для определения статической твердости древесины используется метод, заключающийся в определении величины нагрузки при внедрении пуансона в древесину на заданную глубину. Испытуемый образец помещается в специальное приспособление. На пересечении диагоналей по грани образца вдавливается пуансон на определенную глубину с постоянной скоростью. При достижении глубины вдавливания пуансона в образец определяется нагрузка. При этом определяется не давление и не напряжение, а некоторый условный показатель -величина усилий, приходящихся на единицу площади проекции отпечатка. Вычисляется статическая твердость как отношение величины нагрузки к площади проекции отпечатка.
Таким образом, твердость древесины определяют раздельно на поверхностях тангенциального, радиального и поперечного разрезов образца древесины. Образцы изготавливаются в форме прямоугольной призмы определенного сечения и длиной вдоль волокон.
Статическую твердость модифицированной древесины определяют тоже раздельно на поверхностях тангенциального, радиального и торцового разрезов образца древесины. Для этого образец помещается в специальное приспособление, производится плавное приложение нагрузки в течение определенного времени и выдерживание шарика под этой нагрузкой. После измерения индикатором глубины отпечатка нагрузка плавно снимается. По величине глубины отпечатка определяется статическая твердость. За результат испытания принимается среднее арифметическое величин статической твердости двенадцати измерений. Действие нагрузки должно быть направлено радиально, тангенциально, а также вдоль волокон.
Используя эти способы, можно получить порознь набор из трех значений твердости (радиальной, тангенциальной, торцовой поверхностей), по которым осуществляется сравнение показателей твердости различных пород древесины или оценка влияния на твердость способа модификации древесины. При этом сложно получить сопоставимые данные, поскольку сравнение показателей твердости приходится осуществлять по трем показателям, объединение которых представляет определенную сложность. Это приводит к снижению точности оценки свойств натуральной и модифицированной древесины.
Кроме того, при использовании в качестве образцов прямоугольной призмы вносится погрешность оценки показателей твердости на тангенциальной поверхности.
Также для интегрированной оценки твердости необходимо проведение не менее 12 измерений в каждом направлении, что является достаточно трудоемким процессом.
В настоящее время отсутствует методология получения обобщенного интегрированного показателя твердости, который мог бы характеризовать эффективность способов и режимов модификации древесины в части получения показателей твердости в различных направлениях внедрения индентора по отношению к годичным слоям.
Для обеспечения возможности получения обобщенного показателя твердости, представляющего собой интегрированное значение твердости с учетом анизотропии древесины, способов и режимов ее модификации, а также снижения трудоемкости и повышения точности определения статической твердости натуральной и модифицированной древесины предлагается изготавливать образцы в форме тетраэдра.
Данный способ определения статической твердости древесины, включает изготовление исследуемого образца, определение глубины отпечатка инденто-ра при внедрении его в образец в плоскости замера под приложенной в заданном режиме нагрузкой и вычисление обобщенного показателя твердости.
Исходный образец для определения твердости, вырезанный из древесины, представляет собой четырехгранную призму трапецеидального сечения. Боковые грани такой призмы должны четко соответствовать торцовому, тангенциальному и радиальному срезам древесины.
Если планируется определение твердости образца из модифицированной древесины способом прессования, то в зависимости от степени прессования исходные образцы изготавливаются соответствующих размеров.
Испытуемый образец для замера твердости выполняется в форме тетраэдра и вырезается из исходного образца.
Диагонали трех смежных граней призмы должны образовывать основание испытуемого образца, а вершина тетраэдра находиться в точке пересечения этих граней.
В качестве плоскости измерения глубины отпечатка используется основание полученного тетраэдра. При этом зона измерения ограничивается окружностью, центр этой окружности находится в точке пересечения биссектрис основания тетраэдра.
Полученные таким образом образцы для обеспечения устойчивости в процессе внедрения индентора закрепляются в оправке. После этого проводится измерение твердости образца в зоне замера.
Обобщенный показатель твердости вычисляется по глубине отпечатка только в плоскости замера. Важным является то, что при этом выполняется только один замер.
В результате использования таких образцов для испытаний снижается трудоемкость за счет того, что сокращается количество замеров и упрощается определение обобщенного показателя статической твердости древесины.
Кроме этого повышается точность исследований, так как в качестве плоскости измерения глубины отпечатка используется основание образца, имеюще-
го форму тетраэдра, в пределах окружности определенного диаметра. Центром этой окружности является геометрический центр основания тетраэдра. Диаметр окружности предлагается выбирать в пределах 12-15 мм. При таком диаметре окружности, ограничивающей зону замера, обеспечивается устойчивость образцов в процессе измерений и наличие достаточного для обеспечения точности слоя древесного материала под получаемым отпечатком.
Определяемый обобщенный показатель обеспечивает получение значения твердости, представляющего собой интегрированную оценку с учетом анизотропии древесины, способов и режимов ее модификации.
Сравнительный анализ условий реализации предлагаемого и известных способов показывает, что трудоемкость определения твердости по предлагаемому способу ниже, чем по известным на 70-80%, а точность выше на 10-20%.
