CC BY
15DOI: 10.12737/article_5926a0595026e0.97163162
Авдяков Д.В., канд. техн. наук, доц. Курский государственный университет
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ ПРИ КОНТРОЛЕ ПАРАМЕТРОВ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ВТОРОЙ ФОРМЫ РАЗРУШЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ
pgs@kursksu.ru
В статье предложена методика, основанная на методах механики разрушения, и представлены результаты экспериментальных исследований по контролю параметров трещиностойкости второй формы разрушения изделий и конструкций из клееной древесины.
Ключевые слова: контроль трещиностойкости, трещиностойкость, клееная древесина, трещина, механика разрушения.
Механика разрушения предназначена развивать методы прогноза разрушения тел с дефектами типа трещин. При расчете с позиций механики разрушения (МР) учитывается размер и форма трещины, геометрия тела, уровень нагружения, а также свойства материала, характеризуемые силовыми (критический коэффициент интенсивности напряжений (КИН Кс)) и энергетическими (критическая интенсивность освобождения энергии (Ос)) характеристиками
[1], [2], [3].
Критическую интенсивность освобождения энергии клееной древесины при нормальном отрыве предлагаем определять методом подат-
ливости на основании призматических образцов с двумя поперечными надрезами и кососиммет-ричным нагружением. Подобного рода образцы были использованы в для цельной древесины в работе [4]. С целью апробации данной методики в лабораторных условиях провели испытания образцов такого типа размерами: h=30 мм, L=2b=60 мм ^=Ь/15=4 мм, толщиной t=140 мм и длиной задаваемой трещины а=6, 7,5, 9, 10,5 мм (0,2^ 0,25^ 0,3^ 0,35^ (рис.1). Образцы вырезались из клееных деревянных балок длиной 2800 мм сечением 170^140 мм (материал - сосна, клей ФР-12). Влажность образцов перед началом испытаний составила 9 %.
Ь
с
Рис. 1. Призматический образец с двумя поперечными надрезами для определения Спс.
Начальную трещину инициировали ножовочным полотном толщиной 2 мм, не доводя до заданной длины на 1 мм, которые затем дорабатывали специально изготовленным ножовочным полотном, делающим пропил по клеевому шву толщиной не более 0,1 мм. Такое заострение моделировало натуральную форму вершины трещины и дало наибольшую концентрацию напряжений.
Во время испытаний образцы не теряли устойчивость и разрушались хрупко со слабой акустической эмиссией. Развитие трещины, начинающейся в клеевом слое, в последующем переходило в массив древесины.
В результате испытаний были получены разрушающая нагрузка Р& и диаграмма «нагрузка-перемещение точки приложения силы». Далее С1тс вычисляли методом податливости. По
кривым диаграмм были определены экспериментальные значения податливостей Сexp. Для этого на базе прямолинейных участков восходящих ветвей указанных кривых были определены регрессионные прямые y=bx. По наклону прямых были вычислены величины податливо-стей С при каждой длине инициированной трещины (С=1/Ь). Далее построили зависимость между С и длиной трещины а (С(а)=9,023 10-5
е0' ) и критическую энергию освобождения вычислили по формуле
21 аа ,
(1)
где Q - экспериментальные значения поперечных сил в сечениях с надрезами.
Результаты эксперимента приведены в таблице 1.
Результаты испытаний балочных образцов на трещиностойкость при сдвиге
Таблица 1
Направление волокон склеиваемых частей Марка образца Р& (Н) Р& срзнач (Н) Qmax (Н) СТр Ур (%) С (мм/Н) *10-3 Ссрзнач. (мм/Н) *10-3 СТс *10-5 Ус (%) ёШа *10-5 Опс (Н/м)
Смешанное 0,2Ь№1 5820 0,178
0,2Ь№2 11690 0,139
Тангенциальное 0,2Ь№1 10120 0,131
0,2Ь№2 14500 12746 11153 3754 29,4 0,119 0,139 1,97 14,2 0,879 3906
0,2Ь№3 19260 0,12
0,2Ь№1 11070 0,164
Радиальное 0,2Ь№2 15180 0,128
0,2Ь№3 14330 0,133
0,25Ь№1 7930 0,184
Смешанное 0,25Ь№2 7650 0,155
0,25Ь№3 10680 0,161
Тангенциальное 0,25Ь№1 12110 0,123
0,25Ь№2 10240 11004 9629 3188 28,9 0,14 0,148 1,96 13,3 0,97 3212
0,25Ь№3 11550 0,124
0,25Ь№1 10500 0,154
Радиальное 0,25Ь№2 19090 0,126
0,25Ь№3 9290 0,162
0,3Ь№1 7030 0,168
Смешанное 0,3Ь№2 8190 0,188
0,3Ь№3 12200 0,153
Тангенциальное 0,3Ь№1 10550 0,131
0,3Ь№2 13830 9906 8667 2088 21,0 0,131 0,165 2,18 13,2 1,071 2873
0,3Ь№3 10360 0,164
0,3Ь№1 7850 0,176
Радиальное 0,3Ь№2 8500 0,186
0,3Ь№3 10640 0,192
0,35Ь№1 11150 0,148
Смешанное 0,35Ь№2 9320 0,154
0,35Ь№3 5470 0,214
Тангенциальное 0,35Ь№1 7070 0,165
0,35Ь№2 4430 7111 6222 2206 31,0 0,23 0,185 3,16 17,1 1,182 1664
0,35Ь№3 8150 0,149
0,35Ь№1 5880 0,189
Радиальное 0,35Ь№2 8350 0,187
0,35Ь№3 4180 0,23
стр , стс - среднеквадратичное отклонение по разрушающей нагрузке и податливости соответственно ур, ус - коэффициент вариации по разрушающей нагрузке и податливости соответственно
В результате (табл. 1) среднее значение гии без учета направления волокон склеенных критической интенсивности освобождения энер- частей Спс=2906 Н/м.
Рекомендуемая методика определения критической интенсивности освобождения энергии клееной древесины методом податливости на основании испытаний призматических образцов с двумя поперечными надрезами обеспечивает стабильность результатов, а также легко реализуема в лабораторных условиях, а следовательно может быть использована при контроле параметров трещиностойкости второй формы разрушения изделий и конструкций из клееной древесины.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Найчук А.Я. Деревянные конструкции в спортивных зданиях и сооружениях Республики Беларусь. Збiрник наукових праць Украшського
науково-дослщного та проектного iнституту сталевих конструкцш iменi В.М. Шимановсько-го. Випуск 5. 2010 р.
2. Найчук А.Я., Захаркевич И.Ф. Некоторые вопросы нормирования вязкости разрушения древесины // БрГТУ. Строительство и архитектура. 2005. № 2(32). С. 57-59.
3. Найчук А.Я Прочность элементов деревянных конструкций в условиях сложного неоднородного напряженного состояния // Автореф. дис. Докт. техн наук. М., 2006. 46 с.
4. Гаппоев М.М. Оценка несущей способности деревянных конструкций методами механики разрушения // Автореф. дис. Докт. техн наук. М., 1996. 34 с.
Avdyakov D.V.
APPLICATION OF METHODS OF FRACTURE MECHANICS IN THE CONTROL PARAMETERS OF FRACTURE TOUGHNESS OF THE SECOND FORM OF THE DESTRUCTION OF THE PRODUCTS AND STRUCTURES FROM GLUED WOOD
The paper proposes a methodology based on the methods of fracture mechanics, and presents the results of experimental studies on the controlling parameters offracture toughness of the second form of the destruction of the products and structures from glued wood.
Key words: control of fracture toughness, fracture toughness, laminated wood, fracture, fracture mechanics.
Авдяков Дмитрий Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры промышленного и гражданского строительства Курский государственный университет. Адрес:305000 Курск, ул. Радищева, 33. E-mail: pgs@kursksu.ru
