Узагальнення критерію короткочасної міцності на довгочасну міцність деревини Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

3. ТЕХНОЛОГ1Я ТА

УСТАТКУВАННЯ ДЕРЕВООБРОБНИХ П1Д1ИЧЮ1СТВ

УДК 634.0.812 Доц. Б.П. Поберейко, канд. техн. наук;

проф. Я.1. Соколовський, д-р техн. наук - УкрДЛТУ

УЗАГАЛЬНЕННЯ КРИТЕР1Ю КОРОТКОЧАСНО1 МЩНОСТ1 НА ДОВГОЧАСНУ М1ЦН1СТЬ ДЕРЕВИНИ

Проведено узагальнення критерiю короткочасно'1 мiцностi Е.К. Ашкеназi на довго-часну мщнють. Розроблено методику визначення тензора довгочасно'1 мiцностi ортот-ропних матерiалiв. На й основi встановлено функцiональнi залежност для обчислення значень його компоненпв вздовж напрямюв ашзотропи деревини хвойних порiд.

Doc. B.P. Pobereyko; prof. Ya.I. Sokolovskiy - USUFWT

Generalization of criterion of brief durability A.E. Ashkenazi on of long

duration durability of wood

Generalization of brief criterion of durability of A.E. Ashkenazi is conducted on of long duration durability. The method of determination of tensor of long duration durability of ortrotropic materials is developed and on its basis functional dependences are set for the calculation of values of his components along basic directions of anisotropic of wood of coniferous breeds.

Актуальшсть та аналiз ввдомих результа^в. Безпечшсть режим1в пдротерм1чного оброблення деревини визначаеться не лише законом1рностя-ми розвитку напружено-деформ1вного стану в матер1аш, але й ютотно зале-жить i вщ ii мщносп. Чим вищим е граничний напружений стан матер1алу, тим безпечшший технологiчний режим i навпаки. На сьогоднi, в основному, дослщжено конструктивну мiцнiсть деревини з рiвномiрно розподiленими полями напружень, деформацш, температури та вологи [1-2, 4-5]. Однак, в умовах тепломасообмшу розподш зазначених полiв е нерiвномiрним [6], а ix дiя тривалою. Отже, для рацiонального використання вщомих та розробки нових режимiв штенсифшацн процесiв вологовидалення актуальними е зада-чi визначення мiцностi деревини зi змiнними у часi i за координатами точок середовища матерiалу полями напружень. Одним iз шляxiв ix вирiшення е узагальнення наявних критерiiв короткочасноi мiцностi на довгочасну мщ-нiсть. Безумовно, що у такш постановцi задачi доцiльно обмежитися розгля-

дом тих критерив, як1 узгоджуються з результатами експериментальних вип-робовувань деревини на мщшсть, зокрема розглядом критерда Е.К. Ашкеназ1 [1]. Цей критерш е результатом апроксимаци експериментальних дослщжень поверхш мщност деревини для короткочасних навантажень. Вш задовшьно описуе законом1рност1 опору матер1алу процесам руйнування залежно вщ ор1ентаци прикладених одновюних мехашчних зусиль. У розгорнутш форм1 запису цей критерш мае вигляд:

(Пцц—ц2 + П2222<5222 + Пззззазз2 + 2Пц22—11—22 + 2П2233—22— 33 +

2 2 2 г 2 2

+ 2П1133СТ11СТ33 + 4П1313^13 + 4П2323-23 + 4ПШ2-12 ] --11 --22 - (1)

2 2 2 2 л

-—33 --11-22 --22-33 -СТ11СТ33 -СТ13 --23 --12 < 0.

Компоненти Пкпт тензора короткочасно! мщносл, зокрема, для одна-кових шдекс1в (к = п = т = г) у (1) визначаються з одновюних випробовувань деревних зразюв на розтяг (стиск). Значення Пгкпт е обернено пропорцшш меж1 мщност

Пии=1—Ф, (2)

де - межа мщносл матер1алу у напрям1, заданому шдексами (и).

Величини Пкк е обернено пропорцшними до меж1 мщност деревини на чистий зсув (змша кута м1ж осями симетри (1) та (к))

П1к1к = ). (3)

Значення величин П(кк визначаеться за одшею 1з формул:

П = 4__1___1___(4)

ПШ =-(¡4- о(м) о(кк) о(мк) ; (4)

^ ™/К V-! 1\4 М ^ 1/

П = J___L - 1 • (5)

м р м с

}м, р ^>м,с им,+45

л/3__1___

Як -Р' 11

Пакк =----(X (кк); (6)

Пкк = —мс--мр-—кГ> (7)

и м,с ^ м, р ^ м-45

де: -м:45 1 —(мк±45 - меж1 мщноси у випадку ди лише нормальних або лише до-тичних напружень шд кутом 45° до осей 1 та к; Як - мщшсть у випадку одна-кового двохвюного стиску вздовж осей 1 та к.

Формули (4) 1 (6) можна використовувати для визначення поверхш мщност матер1алу як у випадку стиску (тод1 величини -м \ Як приймають значення, як б вони мали у випадку випробовувань матер1алу на стиск) так 1 у випадку розтягу (тод1 б -м \ Як приймали значення, як б вони мали у випадку випробовувань матер1алу на розтяг).

У формулах (5) 1 (7) знаки плюс та мшус у позначеннях —м+45 та -мк-45 вказують на вщмшшсть в ор1ентаци. Знак плюс свщчить про те, що основне

68 Збiрник науково-технiчних праць

напруження розтягу, яке виникае в умовах дiагонального чистого зсуву, збь гаеться за напрямком з вiссю максимально! мщносл (i) у площинi симетри матерiалу.

Аналiз формул (1)-(7) свщчить, що компоненти тензора короткочасно! мщност Пцмт е сталими величинами, у них не враховано впливу часу, тем-ператури та вологи деревини на поверхню мщност в явному виглядь Отже, використання критерiю мщност Е.К. Ашкеназi в задачах визначення техно-лопчно! мiцностi пиломатерiалiв в умовах гiдротермiчного оброблення мож-ливе лише за умови узагальнення сшввщношень (1)-(7) на область довгочас-но! мiцностi.

Узагальнення критерiю Е.К. Ашкеназi на довгочасну мiцнiсть деревини. Для врахування впливу часу ди напружень с,к на мiцнiсть деревини скористаемося результатами дослщжень [2], де сформульовано основт правила переходу вщ короткочасних до довгочасних критерйв мiцностi. Виходячи iз зазначених робiт для досягнення поставлено! мети, запишемо (1) у виглядi:

(

Пш1а112 + П2222^222 + Пзззз^зз2 + 2Пц22^11^22 + 2П2233^22^33 +2 *

2 2 2^2 1 2

* П1133СТ11СТ33 + 4П1313^13 + 4П2323^23 + 4П1212^1^ ---ПццСц -

П1111

"П2222^222 ---П3333^332 -П1122с11с22 -П2233с22с33 -

П2222 П3333 П1122 П2233

1 1 2 1 2 1 2

—-П1133с11с33 ---П1313с13 ---П2323с23 ---П1212с12 < 0.

П1133 П1313 П2323 П1212

(8)

Використаемо замшу доданюв П,кптСгкспт суми лiво! частини умови

т*

(8) на оператори |П,кит(т* - т)с,к(т)гИт(т)т, де Цк«т(т* - т) - тензори довго-

0

часно! мiцностi, якi характеризують залежнiсть мехашчних властивостей ма-терiалу вiд часу його перебування тд навантаженням с,к(т*); т* - тривашсть

дi! компонентiв напружень (т*), за який напружено-деформiвний стан ма-терiалу досягне граничного значення, межi мiцностi. У результатi тако! замь ни одержимо узагальнення критерш Е.К. Ашкеназi:

т*

|р1ш(т* - т)112(т)+ ^2222(т* - т)с>222(т)+ ^3333(т* - т)с>332(т) + 2 *

0

* П1 122(т* - т)с11(т)с22(т)+ 202233^* - т)с22(т)с33(т)+ 201ш(т* - т)*

* Стп(т)с33(т)+ 4 * ^1313(т* - т)с132(т)+ 402323(т* - т)с232(т)+ 4 *

) ( 1 т* 1

* 01212(т* - т) С122(т))/т < —- |^1ш(т* - т>112(т)/т + —-* (9)

^ П1111 0 П2222

т* 1 т* 1

* {^2222(* - т)222()т + —-{^3333(* - т)с332())т + —-*

0 П3333 0 П1122

Т* 1 т*

|Оц22((* - т)т11(т)сУ22(т))т + —-|^223з(* - т)>22(т)сзз(т))т +

0 П2233 о

1 т* 1 т*

+ ——!^11зз(т* - т)ап(т)с>зз(т)/т + ——|^131з(т* - т)132(т))т +

П1133 0 П1313 0

133 о

1313 0

ч0,5

1 Т* 1 т*

+ —-|^232з(т* - т)с>232(т))т + —-{^^(т* - т)^)

П2323 0 П1212 0

Невiдомi компоненти визначаються погодженням умови (7) з результатами експериментальних вимiрювань кривих довгочасного опору для деревини.

Методика визначення компонент тензора довгочасноТ мiцностi деревини в основних напрямках ашзотрошТ. За даними робгг [1, 3], кривi довгочасного опору деревини хвойних порщ вздовж та поперек волокон для одновю-ного стиску (розтягу) описуються експоненцiальними залежностями вигляду:

С;;(т*) _ С

И\

МОо

+

С М

см

" сМО

1 МОI

С

м

ехр

V аи У

(10)

де: сМ', сМОо - межi мiцностi та довгочасного опору матерiалу вздовж основних напрямкiв ашзотропп, якi визначаються iндексами (и); а,, - час релакса-ци кривих довгочасного опору. Зазначимо, що величини сМг), сМОо, а,, зале-жать вiд рiзних факторiв, зокрема, вiд вологостi, температури, породи деревини, способу навантаження (стиск, розтяг, зсув), тощо.

З шшого боку, зпдно з (9), у випадку одновюного розтягу чи стиску для с(т*) повинна виконуватися рiвнiсть

II

1 т*

-—- |Ойй (* - т)с2(т*)^т ,

Пии 0

|ОйЙ(Т* - т)(т*)^т _

0

яка шсля деяких математичних перетворень запишеться у виглядi

сй(т*)

(11)

Пии |Пйй(т* - т)т .

(12)

Поставивши (10) у (12), отримаемо

|Ойй(т* - т))т

ИГ

Пгггг

сМ

сМ

с (и) \ с \

+ 1 - с МОо си ехр т*

V V а У

(13)

Звiдси, продиференцiювавши (13) по параметру т*, одержимо шуканi функцiональнi залежностi для компонентiв тензора довгочасно! мiцностi вiд аргументу (т* - т) для деревини хвойних порiд

2[сМ)]2 Г1 сМОоТс^Оо '

Цш(т* - т) _ -

а , гПгг ¡,

V

с

'М У

+

СМ

с(1

1 _ ^ моо

V

' т*-тЛ

ехр

с

'М У

а

И у

' т*-тл

ехр

а

(14)

и /

2

70

Збiрник нaуково-технiчних праць

Висновок. На ochobï критерiю Е.К. Ашкеназi та результатiв експери-ментальних дослщжень кривих довгочасного опору деревини отримано ств-вiдношення (9) i (14), як у випадку доповнення залежностями (2)-(7) утворю-ють систему рiвнянь для розрахунку довгочасно! мiцностi матерiалiв з деревини хвойних порщ.

Л1тература

1. Ашкенази Е.К. Анизотропия древесины и древесных материалов. - М.: Лесн. пром-сть, 1978. - 224 с.

2. Белянкин Ф.П., Яценко В.Ф. Деформативность и сопротивляемость древесины как упруго-вязко-пластического тела. - К.: Изд-во АН УССР, 1957. - 186 с.

3. Гольденблат И.И., Бажанов В.Л., Копнов В.А. Длительная прочность в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1977. - 248 с.

4. Леонтьев Н.Л. Длительное сопротивление древесины. - М. : Гослесбумиздат, 1957. - 132 с.

5. Соколовський Я.1., Прник М.Л., Шикеринець 1.М., Поберейко Б.П. Мехатчш властивосп деревинних композитних матерiалiв// Препр. № 95.8 - УкрДЛТУ, 1996. - 53 с.

6. Соколовський Я.1., Поберейко Б.П. Дослщження волопсних i залишкових напружень у процес сушiння// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Львiв: УкрДЛТУ. -1998, вип.8.1 - С. 196-207.

УДК 330.133.7 Проф. Д.Л. Дудюк, д-р техн. наук;

доц. Л.Д. Загвойська, канд. екон. наук - УкрДЛТУ

АНАЛ1З ЕФЕКТИВНОСТ1 СИСТЕМ ОБРОБЛЕННЯ ДЕРЕВИНИ МЕТОДАМИ 1НТЕЛЕКТНИХ ТЕХНОЛОГ1Й

Пропонуються HOBi iнтелектнi технологи для вирiшення рiзноманiтних техшко-eкономiчниx та eкологiчниx завдань моделювання й оптимiзацiï виробничих проце-CÏB лiсозаготiвлi й оброблення деревини. Розкриваються основнi принципи i переваги мeтодiв нeчiткиx множин, генетичних алгоритмiв i нейронних мереж як ефектив-ного iнструмeнту дослiджeнь порiвняно з традицiйними математичними методами. Особливо ефективним е комплексне поеднання вказаних мeтодiв у единий систем-ний апарат дослщження складних тexнiко-eколого-eкономiчниx систем.

Prof. D.L. Dudyuk, doc. L.D. Zahvoyska - USUFWT

Analysis of Woodworking System Efectiveness by Intellect Technics Method

New intellect technics methods for different engineering, economic and ecologic problems of woodworking production systems are proposed. Ihe main principles and advantages of fuzzy expert, genetic algorithm and neuron nets as effective research instrument are shown. Ihe complex utilization of those methods for investigations of big engineering, economic and ecologic systems is especially effective.

Технолопчш процеси i системи л1созагот1вл1 й оброблення деревини, яю дотичш до предмет1в пращ бюлопчного, техшчного i суспшьного поход-ження, вир1зняються цшою низкою специф1чних особливостей [1]. По-перше, щ процеси i системи характеризуються великою кшьюстю параметр1в, чима-ло з яких мають стохастичш властивосп. По-друге, для усшшного функщ-онування цих процешв i систем вимагаються велик потоки рiзноманiтноï ш-