Вплив геометричних розмірів на допустимий перепад вологи і розподіл полів напружень для пиломатеріалів хвойних порід Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Науковий вкник НЛТУ Укра'ни. - 2014. - Вип. 24.5

5. ШФОРМАЩЙШ ТЕХНОЛОГИ ГАЛУЗ1

УДК 674.047 Проф. Б.П. Поберейко, д-р техн. наук;

асист. Л. О. Флуд - НЛТУ Украти, м. Львiв

ВПЛИВ ГЕОМЕТРИЧНИХ РОЗМ1Р1В НА ДОПУСТИМИЙ ПЕРЕПАД ВОЛОГИ I РОЗПОД1Л ПОЛ1В НАПРУЖЕНЬ ДЛЯ ПИЛОМАТЕР1АЛ1В ХВОЙНИХ ПОР1Д

Викладено результати дослiджень впливу геометричних розмiрiв на допустимий перепад вологи для тангентальних пиломатерiалiв з параболiчним розподшом вологовмiсту в радiальному напрямку ашзотропи деревини хвойних порiд. Проведено ан^з отрима-них результатов i на його основi встановлено, що у випадку riдротермiчноl оброблення штабеля пиломатерiалiв однаково! товщини, але рiзноl ширини, потрiбно використовува-ти так технологiчнi режими, якi орieнтованi на дошку найбшьшо! ширини. Адже чим ширша дошка, тим меншим е допустимий перепад вологи.

Ключовi слова: допустимий перепад вологи, компонента тензора напружень, межа мЩноИ!.

Актуальнiсть дослвдження. Виготовлення якiсних та довговiчних виро-бiв з деревини потребуе зниження 11 вологостi. Пiдвищення якостi сушшня пило-матерiалiв приводить до отримання надiйно виготовлено! продукцií з гарантова-ним термiном експлуатацií, що забезпечуе ращональне використання та еконо-мда лкових ресурсiв. Проте надмiрне, штенсивне зневоднення деревини е небез-печним щодо виникнення та подальшого розвитку залишкових напружень в 11 об'ем! Сушити деревину потрiбно так, щоб у нiй не виникали напруження, якi перевищують межу мiцностi. Тому, оскшьки градiенти полш вологи е одшею з основних причин виникнення зазначених напружень у висушуваних пиломатерь алах, тема роботи е актуальною.

Математична модель розрахунку допустимих перепадiв вологи та розподiлу компонентiв полiв напружень у пиломатерiалах з параболiчним вологовмiстом. Для визначення допустимих перепадов вологи та розподiлу ком-понеипв полiв напружень у тангентальних пиломатерiалах з деревини хвойних порiд використано математичну модель [1], складовими яко1 е:

• формула для розрахунку допустимого перепаду вологи кШдоп

ьМдоп = —,-. 1 —у; (1)

Д I ПГГФГ + ПФ + V ПугтгФг + ПиФ + ПугиФФ! + Пу-уФи )

• стввщношення для розрахунку розподшв компонентiв тензора напружень

Оу = ФгРЛШдоП, Оt = Ф^А^оП г* = Фл$ЬШдоп. (2)

Тут: Фг = 2{2Д(3у2 - а2) + 2^ (3у2 - а2) х2 + Д (15у4-12а2у2 + а4)}(х2 - Я2)2;

Фt = 2{2Д(3х2 - Я2)+ Б2 (15х4 - 6Я2х2 + Я4) + 2Д (3х2 - Я2) у2}( у 2 - а2 )2; (3) Фг1 = 16Д (х3 - Я2х) (у3 - а2у) + 8 (у3 - а2у) (3х5 - 4Я2х3 + Я4х)П2 +

5. Гнформацшш технологи галуз1

329

Нащональний лкотехшчний ун1верситет Украши

+8Б3 (х3 - Я2х) (3у5 - 4а2у3 + а4у),

В2 = А2

А; А = А3-

А =

А2 =

Ац Аи Аз

А21 А22 А23

А31 А32 А33 Ац 7X64 А13 А21 1312 А23 А31 13Х2/12 А33

А =

А3 =

А'

7X64 А12 А13

1312 А22 А23

13Х2/12 А32 А33

Ац А12 7Х 64

А21 А22 1312 А31 А32 13Х2/12

(4)

А11 =|5-

X+2

Е , 7 ^ Ог1

к - 2т

Ег 1

+

1

7%2ЕГ

С 3

А 2 =

А13 =1 Х + ■ „ 13 ' 11Е 7%ЕГ

сПр А21 =

X

7Е, 1

1

11Х3Е,

А22 =

1376 ( 1

64

21Е, 2079Х2 ^ О,

= 16 (13Х+

3 ^7Ег 33%3Е, 2т Л 1647

Ег

С 4 ■

143£4Ег

с 4 ■

А33 = -

1674Х4 - 1376 (1__

143Е, 20791 О,,

2 64

X +—

Е, ) 21Е,

С 4

А23 =

=.16. Г1Х+ 1

231 [ 7Е, 3Х2Е,

, 16 Г 4Х3 13 А31 = — I —+ —— 3 ^ 33Е, 7%ЕГ

с3 ■ А = 16 Г 7Х2 + 13 Спр А32 = 23Д ЗЁ + хг

Х2Е,

Пгг = -

1[ 1

21 С„

Пгг,, = —

--1; п=1 С

Сс ) 2 ^ Ср С

П1212 = ■

4 (т*)

С 4 ■

агс

11

— + —

СГР Сг

2

11

—+ —

Ср Сс

2

11

-— + —

т*,45 Т*,,45

Пин = —

11

— + —

Ср Сс

2

/

де: X = а / Я - вщношення ширини 2а до товщини 2Я дошки; Спр = аЯ - четверта частина плошд поперечного перерiзу дошки; Ег, Е , - модулi пружностi в радiаль-ному (г) та тангенциальному (г) напрямках анiзоIропií деревини; О, - модуль зсуву; - коефiцieнти Пуассона; Д - коефщент усадки; х, у - координати

точок поперечного перерiзу дошки вщносно декартово1 системи координат, за початок вдашу яко1 вибрано центр поперечного перерiзу; Сгр, Ср, Сгс, Сс - межi мiцностi розтягу (р) та стиску (с) деревини в радiальному та тангенцiальному напрямках ашзотропп деревини; т* - межа мiцностi деревини, випробовувано1 на чистий зсув.

Результати практично! реалiзацГí моделi та !х аналiз. Для практично1 реалiзацií наведено1 вище математично1 моделi (1)-(4) проведено вiдповiднi чис-ловi експерименти для пиломатерiалiв iз деревини сосни, фiзико-механiчнi характеристики яких подано в таблицi. Зокрема у середовищах ММаЬ та Ехе1 за формулою (1) визначено значення допустимих перепадiв вологи АШдоп для рiз-

330

Зб1рник науково-техшчних праць

4

С

4

с

пр

2

г

\

1

1

1

11 гггг = .

+

\Сгр

J

2

г

\

Г

Г

Г

+

8

4

У

У

Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2014. - Вип. 24.5

них за товщиною 2R та товщиною 2 а тангентальних пиломатерiалiв iз парабо-лiчним розподiлом вологи в радiальному напрямку анiзотропií деревини.

Табл. Значения фiзuко-механiчнuх характеристик деревини сосни з температурою Т=200С та вiдносною волог^тю №=12 %

Модулi пружностi, МПа Егг 540 Коефщенти Пуассона Vrt 0,79

Ett 470 V* 0,38

Модуль зсуву 50 Коефщент усадки, 1/% & 0,0071

Межа мщноста розтягу, МПа ^р 5,3 Межа мщноста стиску, МПа 6,7

Результати розрахунюв для дошок iз рiзними значеннями товщини 2R та ширини 2 а вщображено на рис. 1. Проведено анамз отриманих результатiв i на його основi виявлено, що значення величини АЖдоп е залежним вщ геометричних розмiрiв дослiджуваного матерiалу. Зокрема встановлено, що чим товстша дошка, тим бшьшим е значення допустимого перепаду вологи АЖдоп, а у випадку збшьшення и ширини навпаки - значення ще! величини зменшуеться.

Отже, оскiльки на етат стало! швидкостi сушiння вщбуваеться параболiч-ний розподiл вологи у висушуваних пиломатерiалах, то у випадках гiдротермiч-но'1 оброблення дошок однаково'1 товщини, але рiзноí ширини, необхщно орiенту-ватися на режими сушшня широких дошок, тому що допусташ перепади вологи для вузьких дошок е недопустимими для широких дошок.

Рис. 1. Залежностi допустимих перепадiв вологи АЖдоп вiд товщини 2Я i ширини 2 а для соснових дошок з температурою Т=20 0С та в^дносною вологктю поверхонь

№п=12 %

Для обгрунтування встановленого за формулами (2)-(4) побудовано крив розподшу тангентально'1 компоненти полiв напружень си (Я, у) на поверхнях тангентальних соснових дошок iз рiзними значеннями ширини 2 а i вiдповiдними значеннями допустимих перепадiв вологи АЖдоп, якi наведено на рис. 2. Проведено аналiз цих кривих i на його основi виявлено, що найбтьших (максималь-них) значень граничнi напруження розтягу на поверхш дошки з параболiчним розподiлом вологи досягають у точках, рiвновiддалених вiд и кра!в, у точках iз координатами x=R, у=0. Бiльше цього, для пиломатерiалiв будь-яко'1 ширини, але з однаковими значеннями товщини, температурами та вщносними вологостями поверхш значення с (х = Я, у = 0) е рiвними. Чисельно вони дорiвнюють значен-ням меж мiцностi деревини, випробовувано'1 на одновiсний розтяг вздовж танген-тального напрямку ашзотропп деревини.

5. ¡пфюрмацммм технологи галузi

331

Нащональний лкотехшчний унiверситет Укра'ни

---2a=4,4 CM ----2a=8,8 см ..........2a=13,2 см -2a=22 см

/ 1 \ s \

/ / / 1 I 1 \ \ \

/ 1 1 1 1 1 \

/ / 1 1 1 1 \ \

/ / \ 4

о И II 1-1 М И I I IH И N I I N

.Ц _9 _7 _5 -з .1 1 з 5 7 9 Ц у, см

Рис. 2. Розподти тангентальних компонентгв тензора напружень на поверхнях соснових дошок 1з температурами T=20 °С, вЬдносними вологостями поверхонь 12 % та допустимими перепадами вологи DWdon

Висновки. Визначено залежносп допустимих перепадiв вологи вiд ге-ометричних розмiрiв для пиломатерiалiв з параболiчним розподтом вологовмю-ту в радiальному напрямку анiзотропií деревини хвойних порщ. Проведено ана-лiз отриманих результатiв розрахунку i на його основi встановлено, що у випадку сушiння штабеля пиломатерiалiв однаково'' товщини, але рiзноí ширини, потрiб-но використовувати такi технологiчнi режими, як орieнтованi на дошку найбть-шо'' ширини.

Лiтература

1. Поберейко Б.П. Визначення допустимих перепадiв вологи у висушуваних пиломатерiалах i3 врахуванням мiцностi деревини / Б.П. Поберейко, Л.О. Флуд, Т.М. Гончар, 1.М. Лисишин // На-уковий вкник НЛТУ УкраТни : зб. наук-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ УкраТни. - 2013. - Вип. 23.16. - С. 332-337.

Поберейко Б.П., Флуд Л.О. Влияние геометрических размеров на допустимый перепад влажности и распределение полей напряжений для пиломатериалов хвойных пород

Изложены результаты исследования влияния геометрических размеров на допустимый перепад влажности для тангенциальных пиломатериалов с параболическим распределением влагосодержания в радиальном направлении анизотропии древесины хвойных пород. Проведен анализ полученных результатов и на его основании установлено, что в случае гидротермической обработки штабеля пиломатериалов одинаковой толщины, но разной ширины, нужно использовать такие технологические режимы, которые ориентированы на доску наибольшей ширины. Поскольку, чем шире доска, тем меньшее значение допустимого перепада влажности.

Ключевые слова: допустимый перепад влажности, компоненты тензора напряжений, граница прочности.

PobereykoB.P., FludL.O. The Influence of Geometrical Dimensions on Permissible Differential Moisture Distribution and Stress Fields for Softwood Lumber

The results of investigations concerning the influence of geometrical dimensions on the permissible differential moisture distribution for the tangential lumber with parabolic distribution of moisture content in the radial direction anisotropy softwood are described. The analysis of the obtained results is made, and it is the basis to state that in case of a hydrothermal treatment of sawn timber of equal thickness but different widths the technological modes, which are focused on the board of the greatest breadth, are to be used. It is proved that the wider the board, the smaller the value permissible differential humidity.

Key words: permissible differential moisture, components of the stress tensor, tensile strength.

332

Збiрник науково-техшчних праць