CC BY
6
УДК 620.178.15
ОСОБЕННОСТИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ
ДРЕВЕСИНЫ
Л.Л. Костина, доц., к.т.н., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Проанализированы виды разрушения хрупких материалов. Выполнены измерения твердости древесины на гипертвердомере конструкции ХНАДУ. Гипертвердомер собственной конструкции позволяет определять твёрдость любых материалов непосредственно в процессе нагружения в различных системах координат и выявляет особенности деформации.
Ключевые слова: твёрдость, кривая нагружения, характер деформации.
ОСОБЛИВОСТ1 БЕЗПЕРЕРВНОГО ДЕФОРМУВАННЯ 3PA3KIB ДЕРЕВИНИ
Л.Л. Костша, доц., к.т.н., Харк1вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет
Анотац1я. Проанал1зовано види руйнування крихких матер\ал\в. Виконат вим1рювання твердо-cmi деревини на zinepmeepdoMipi конструкци ХНАДУ. HnepmeepdoMip власног конструкци до-зволяе визначати meepdicmb будъ-яких матер\ал\в безпосереднъо в процеа навантаження в pi3HUX системах координат i виявляе особливост1 деформацИ
Ключов1 слова: meepdicmb, крива навантаження, характер деформацИ
FEATURES OF CONTINUOUS DEFORMATION OF WOOD SAMPLES
L. Kostina, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), Kharkov National Automobile and Highway University
Abstract. Analysis of types of destruction of brittle materials is carried out. The measurements of wood hardness using the hardness tester produced at KhNAHU are performed. The hardness tester in quesion allows determining the hardness of any material directly in the process of loading in different coordinate systems and identifying the characteristic properties of strain.
Key words: hardness, loading curve, deformation.
Введение
Большинство деталей изготавливают из пластичных материалов. Поэтому деформацию и разрушение изучают в основном на пластичных материалах. Изучению деформации и разрушения хрупких материалов уделяют меньше внимания, так как разрушение проходит практически мгновенно. К хрупким материалам, используемым в технике, относятся чугуны, цементы, цементобетоны, древесина и др. Особое место среди материалов занимает древесина. Вследствие особенностей строения это практически единственный
материал, прочность которого при сжатии ниже, чем при растяжении, поэтому важно исследовать особенности ее деформации и разрушения.
Анализ публикаций
Испытания на растяжение стандартного цилиндрического образца из стали или чугуна показали, что разрушение происходит по сечению, перпендикулярному к оси стержня [1, 2]. Такая же картина разрушения наблюдается при растяжении бетона, камня, кирпича, дерева, пластмасс.
132
Вестник ХНАДУ, вып. 77, 2017
При сжатии твердого тела из хрупких материалов (чугуна, бетона) разрушение происходит по плоскостям, не перпендикулярным оси, а расположенным под углом, соответствующим максимальным касательным напряжениям (рис. 1).
о© ШШШШ
а б в г д е
Рис. 1. Вид образцов из различных материалов до и после испытания на сжатие [3]: а - малоуглеродистая сталь; б - чугун; в - цементный раствор без смазки торцов; г - цементный раствор со смазкой торцов; д - дерево вдоль волокон; е -дерево поперек волокон
При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, остаточные деформации малы. Основные вещества, из которых состоит древесина, представляют собой природные полимеры с длинными гибкими цепными молекулами. Поэтому механические свойства древесины необходимо изучать под действием нагрузки с учетом фактора времени [1, 2]. При увеличении времени действия нагрузок древесина может испытывать значительные пластические деформации. По своему строению древесина имеет пористое строение, вследствие этого она является анизотропным материалом, и имеет отличающиеся механические свойства по различным направлениям. Максимального значения прочность древесины достигает, когда направление действующей силы совпадает с направлением волокон, с увеличением угла между воздействующей силой и направлением волокон прочность древесины уменьшается в несколько раз.
Цель и постановка задачи
Целью работы было исследование деформации древесины при кинетическом нагруже-нии.
Материал и методика исследования
В ходе работы было проведено индентирова-ние кусков древесины на гипертвердомере конструкции ХНАДУ. Индентирование проводили стальным закаленным шариком, ана-
логичным индентору твердомера Бринелля, диаметром 2,5 мм при нагрузках до 2,5 кН. Направление индентирования - поперек волокон, в тангенциальном направлении по отношению к ним. Кривые индентирования записывали в координатах: деформация, мм - нагрузка, кН.
Результаты исследований и их обсуждение
Вид полученных кривых индентирования заметно отличается. Кривая первого типа имеет вид прямой с отдельными пиками (рис. 2).
0.000 0 344 0.688 1.032 1.375 1.719 2.063 2.407 2.751 3.095 3.438
Рис. 2. Вид кривой индентирования древесины прямолинейного характера
Такой тип кривой соответствует классическому виду кривых, имеющих место и при деформировании вдоль волокон [4, 5]. Прямолинейный характер кривой свидетельствует о соответствии характера нагружения закону Гука. Однако имеются всплески нагружения, вызванные, возможно, неоднородностью структуры и наличием более мягких составляющих. Интересно, что при постоянной скорости нагружения 0,1 мм/мин в начальный период нагружения деформация незначительна.
Однако есть кривые с явно выраженными ступенями (рис. 3). Первая ступень на рис. 3 может соответствовать как моменту фиксирования индентора в материале и началу установившегося нагружения, так и явлению, аналогичному текучести. Ступени в полосе максимального нагружения (0,31-0,34 кН) могут быть вызваны постепенным вдавливанием индентора в чередующиеся волокна древесины с разной прочностью и твердостью. Возможно также, что при выдержке образца под нагрузкой происходит частичная релаксация напряжений и восстановление деформированного материала [6, 7].
Рис. 3. Вид кривой индентирования древесины с наличием ступеней
Таким образом, причиной наличия ступеней на кривой деформации может быть как пересечение индентором волокон древесины, так и изменение характера деформации.
Выводы
Индентирование древесины на гипертвердомере конструкции ХНАДУ дает кривые разного характера даже при одинаковых условиях (поперек волокон, в тангенциальном направлении), что, очевидно, вызвано неоднородностью материала.
Литература
СГГА. - 2009. - 77 с. - Режим доступа: http://studall.org/all2- 152065.html
2. Материаловедение: учебник для вузов /
Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. - 648 с.
3. Геллер Ю.А. Материаловедение / Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт. - М.: Металлургия, 1975. - 448 с.
4. Основы материаловедения / Под ред. Си-
дорина И. И. - М.: Машиностроение, 1976. - 374 с.
5. Феодосьев В.И. Сопротивление материа-
лов / В.И. Федосьев. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. - 86 с.
6. Теоретическая механика и сопротивление
материалов. Методические указания к лабораторным работам. Белгород, БНТУ. - 2017. - 89 с. -Режим доступа: СйрУ/а-аа^иррогЭ 17.com/component/conte nt/330.html?task=view
7. Блантер М.Б. Металловедение и техниче-
ская обработка / М.Б. Блантер. - М.: Машгиз, 1963. - 352 с.
1. Методические разработки по курсу «Материаловедение и технология конструкционных материалов». - Новосибирск,
Рецензент: В.И. Мощенок, профессор, к.т.н., ХНАДУ.
