CC BY
48
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ НАТУРАЛЬНОЙ И МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ DEFINITION OF HARDNESS NATURAL AND THE MODIFIED WOOD
Шевелева Е.В., Казеичева Е.Б., Клопышко О.В. (БГИТА, г.Брянск, РФ) Sheveleva E.V., Kazeicheva E.B, Klopishko O.V. (БГИТА, Bryansk, the Russian Federation)
Рассмотрен способ определения обобщенного показателя статической твердости натуральной и модифицированной древесины
The way of definition of the generalized parameter of static hardness of the natural and modified wood is considered
Ключевые слова: твердость, древесина, модифицированная древесина
Key words: hardness, the wood, 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 оценки статической твердости древесины используется известный 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.
Для обеспечения возможности получения обобщенного показателя твердости, представляющего собой интегрированное значение 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 твердости древесины, включает изготовление исследуемого образца, определение глубины отпечатка индентора при внедрении его в образец в плоскости замера под приложенной в заданном режиме нагрузкой и вычисление обобщенного показателя твердости.
Испытуемый образец для замера твердости (тетраэдр) изготавливается из исходного образца, который представлен на рисунке 1. Исходный образец вырезается из древесины и представляет собой четырехгранную призму трапецеидального сечения. Боковые грани такой призмы должны четко соответствовать торцовому 1, тангенциальному 2 и радиальному 4 срезам древесины.
Если планируется определение твердости образца из модифицированной древесины способом прессования, то в зависимости от степени прессования исходные образцы изготавливаются соответствующих размеров.
Диагонали трех смежных граней призмы образуют основание испытуемого образца 3, а вершина тетраэдра находится в точке пересечения этих граней.
В качестве плоскости измерения глубины отпечатка используется основание полученного тетраэдра, при этом зона измерения ограничивается окружностью 5, центр которой находится в точке пересечения биссектрис основания тетраэдра. Обобщенный показатель твердости вычисляется по глубине отпечатка только в плоскости замера, при этом выполняется только один замер.
Рисунок 1 - Исходный образец для изготовления испытуемого образца
для замера твердости
Полученные таким образом образцы закрепляются в оправке для обеспечения устойчивости в процессе внедрения индентора. 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 твердости древесины. Кроме этого повышается точность исследований, так как в качестве плоскости измерения глубины отпечатка используется основание образца, имеющего 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 %.
