МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
Механические качества древесины определяют ее способность противостоять воздействию внешних нагрузок, которые подразделяются на:
1) статические, возрастающие постепенно, плавно;
2) динамические (ударные), воздействующие резко, мгновенно и максимально;
3) вибрационные, сопровождающиеся изменением величины и направления;
4) долговременные, характеризующиеся продолжительностью.
Под влиянием нагрузок в материале нарушаются связи между его отдельными элементами, искажается форма, но при этом в нем возникает внутреннее сопротивление. Если в результате изменяются форма и размер древесины, говорят о ее деформации, которая может быть упругой (исчезает после прекращения воздействия) и остаточной (сохраняется после исчезновения нагрузки).
К механическим свойствам древесины относятся:
1) прочность;
2) твердость;
3) деформативность;
4) ударная вязкость.
Способность древесины противостоять нагрузкам и сопротивляться разрушению называется прочностью. Она зависит от породы дерева, влажности, плотности, наличия или отсутствия пороков, а также от направления и продолжительности воздействия нагрузки.
Воздействие сил направлено на:
1) растяжение. Средняя величина предела прочности на растяжение вдоль волокон независимо от породы составляет 1300 кгс/см2, а поперек волокон – 65 кгс/см2;
2) сжатие. Оно может быть направлено как вдоль, так и поперек волокон. В первом случае прочность равна 500 кгс/см2, а во втором она ниже примерно в 8 раз. Древесина тестируется на сжатие в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород прочность при радиальном сжатии в 1,5 раза выше, чем при тангенциальном, а у хвойных пород – наоборот;
3) изгиб. Поверхностные слои при таком воздействии подвержены напряжению сжатия, а внутренние – напряжению растяжения вдоль волокон. Между ними имеется нейтральная плоскость, не испытывающая никаких напряжений. Предел прочности определяется породой древесины и ее влажностью. Средние показатели (независимо от породы) составляют 1000 кгс/см2;
4) скалывание. В данном случае под воздействием внешних нагрузок возникают сдвиги одних частей относительно других, при этом выделяют:
а) скалывание вдоль волокон, при котором предел прочности составляет 20 % от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами в тангенциальном направлении оно на 10–30 % выше, чем в радиальном;
б) скалывание поперек волокон, при котором предел прочности в 2 раза меньше, чем при скалывании вдоль направления роста волокон;
в) перерезание поперек волокон, при котором прочность древесины в 4 раза превосходит прочность при скалывании вдоль волокон.
Па практике установлено, что твердость торцовой поверхности выше твердости боковой поверхности, причем неодинаково у лиственных и хвойных пород.
Способность древесины противостоять проникновению внутрь твердых тел называется твердостью. Этот параметр неодинаков у разных пород и определяется в различных направлениях. У лиственных пород твердость торцовой плоскости выше радиальной и тангенциальной на 30 %, а у хвойных – на 40 %. Величина твердости древесины во многом определяется влажностью материала. Отклонение последней на 1 % приводит к изменению твердости торцовой поверхности на 3 %, а тангенциальной и радиальной – на 2 %.
На основании торцовой твердости все породы подразделяются на несколько групп (табл. 4).
Признак твердости древесины важен при выборе способа ее обработки режущими инструментами.
Свойство древесины изменять размеры и форму называется деформативностью. Если воздействие не отличается продолжительностью, то данный материал проявляет себя как упругое тело. На основании сопротивления деформации говорят о жесткости древесины.
Таблица 4
Классификация пород по признаку торцовой твердости при 12 %-ной влажности
Способность поглощать работу при ударе без разрушения называется ударной вязкостью. Для разрушения хрупкой древесины затрачивается меньшая величина работы в отличие от вязкой, для излома которой требуется большая работа. У лиственных пород данный параметр примерно в 2 раза больше, чем у хвойных.
В плане строительных работ и изготовления мебели большое значение имеют и технологические свойства древесины, к которым относятся:
1) способность удерживать металлические крепления. При вбивании гвоздя в древесину перпендикулярно к поверхности одна часть ее волокон перерезается, другая изгибается, раздвинувшиеся волокна воздействуют на боковую поверхность гвоздя, и это давление приводит к возникновению трения, которое и удерживает гвоздь в материале. То, насколько легко можно выдернуть гвоздь, зависит от породы древесины, ее плотности (чем выше плотность, тем выше сопротивление выдергиванию, например, чтобы вбить гвоздь в граб (плотность – 800 кг/см3) и выдернуть его из него, нужно затратить усилие, в 4 раза большее, чем для тех же действий, если материалом служит сосна (плотность – 500 кг/см3)) и направления относительно волокон (усилие, необходимое для забивания и выдергивания гвоздя, забитого в торец, на 10–50 % меньше, чем если бы он был вбит поперек волокон). Чтобы выдернуть шуруп, требуется затратить в 2 раза большее усилие, чем для извлечения гвоздя. Во влажную древесину вбивать гвозди легко, но по мере высыхания материала его способность удерживать крепеж ухудшается;
2) способность к сгибанию. Наиболее гибкими из лиственных пород являются кольцесосудистые дуб, ясень и рассеянно-сосудистая береза. Влажная древесина гнется легче, чем сухая;
3) износостойкость. Это способность древесины сопротивляться истиранию в процессе эксплуатации. Чем выше ее плотность и твердость, тем меньше она подвержена износу;
4) сопротивление раскалыванию, которое представляет собой разделение древесины на части вдоль волокон под воздействием вбитого клина. Это свойство материала следует обязательно учитывать при выборе крепежа.
