Что такое прочность древесины


Прочность древесины на изгиб и сжатие + таблица

Содержание

  • Определение прочности и виды нагрузок
  • Испытание механических свойств древесины на сжатие
  • Прочность древесины на растяжение
  • Испытание механических свойств древесины на изгиб
  • Прочность древесины при сдвиге
  • Самая прочная древесина

Определение прочности и виды нагрузок

Одним из важных механических свойств древесины является ее устойчивость к разрушающим механическим воздействиям, то есть прочность. Зависит она от разных факторов, самые важные из которых:

  • Плотность;
  • Влажность;
  • Присутствие пороков;
  • Порода древесины;
  • Наличие разрушающих нагрузок в разных направлениях (например, поперек или вдоль волокон), то одно и тоже дерево будет иметь разную прочность.

На прочности дерева отражается содержание влаги в клеточных оболочках – связанная влага. Чем больше влажность, тем меньше прочность. Однако это правило действует до показателя влажности 30 %, который является пределом гигроскопичности. После достижения этого предела прочность остается неизменной даже при увеличении количества влаги. При определении показателей прочности образцы древесины должны иметь одинаковую влажность. Продолжительность разрушающей нагрузки также сильно отражается на показателе прочности.

Нагрузки различают по силе, направлению и времени воздействия. Статические действуют с постоянной силой или с постепенным увеличением, а динамические очень недолго, только в момент соприкосновения с поверхностью дерева. Эти нагрузки принято называть разрушительными, поскольку от их действия структура древесины нарушается. Крайние показатели прочности, при которых древесина способна сохранить свою структуру, называют пределом прочности. Единица измерения прочности – Па/см2 или иначе кгс на 1 кв. см.

Прочность измеряют во всех направлениях – продольном, радиальном и тангенциальном. При испытаниях применяют силы растяжения и сжатия, а также испытывают на изгиб и скалывание. Ниже приведена таблица механических свойств древесины.

Прочность на сжатие имеет большое значение в строительных конструкциях, таких, как опоры и стойки. Ее измеряют в разных направлениях.

Испытание механических свойств древесины на сжатие

Прочность на сжатие проверяют в продольном и поперечном по отношению к волокнам направлению. При этом при продольном сжатии происходит уменьшение длины образца. При испытании образца древесины мягких сортов с высокой влажностью торцы начинают сминаться, а боковые части выпирают в сторону. Древесина твердая и сухая при продольном сжатии начинает разрушаться и части образца сдвигаются в разные стороны.

Усредненное значение предела прочности продольного сжатия для всех видов древесины около 500 кгс на 1 кв. см.

Величина прочности при поперечном сжатии намного меньше, чем при продольном и их соотношение друг к другу составляет 1:8. Момент, в который происходит разрушение древесины при поперечном сжатии не легко определить, как и силу давления, при которой оно происходит.

Обычно проверяют прочность на поперечное сжатие в двух направлениях – радиальном и тангенциальном. При этом лиственные породы имеют прочность в 1.5 раза больше при сжатии в радиальном направлении, нежели при тангенциальном. Прочность древесины хвойных пород при сжатии в радиальном направлении ниже, чем при тангенциальном сжатии.

Испытание механических свойств древесины на сжатие: а — вдоль волокон; б — поперек волокон — радиально; в — поперек волокон — тангенциально.

Прочность древесины на растяжение

Прочность древесины при растяжении вдоль волокон колеблется в пределах 1100 – 1400 кгс/см2, правда использование ее в деталях, работающих на растяжение затруднено в связи с тем, что она не выдерживает нагрузок в местах крепления. В этих местах на древесину действуют силы сжатия и скалывания, а они имеют более низкие значения. Ярким примером использования древесины с работой на растяжение являются оглобли в конных повозках.

В поперечном направлении прочность на растяжение низкая и ее значение не превышает 5% от предела прочности на растяжение в продольном направлении. Поэтому в тех случаях, когда деталь из древесины работает на растяжение, применяют только древесину с продольным расположением волокон.

Величина поперечной прочности древесины на растяжение учитывается при резке и сушке материала, режимы этих операций подбираются в прямой зависимости от прочности.

Испытание механических свойств древесины на изгиб

Усредненная прочность всех пород деревьев при изгибе принято считать равной 1000 кгс/см2, что в два раза больше прочности на сжатие и примерно на 30% меньше прочности при продольном растяжении. При изгибе разные слои древесины испытывают разное напряжение — верхний слой получает сжатие, а нижний, напротив, — растяжение. В средней части образца, подвергаемого изгибу, находится нейтральная область, которая не испытывает никаких напряжений. Зона, испытывающая напряжение растяжения, начинает разрушаться в первую очередь – крайние волокна древесины разрываются.

Визуально определить прочность древесины на изгиб можно по характеру излома – качественные образцы будут иметь неровный излом с наличием большого количества щепы, а дефектная – почти ровный, без выступов и вмятин.

При изгибе одна часть заготовки подвергается сжатию, другая – растяжению, поэтому показатель сопротивления изгибу находится между показателями сопротивлений сжатия и растяжения. Отношение сопротивления сжатия к сопротивлению растяжения колеблется от 1.7 до 2.2 у разных пород дерева.

Влажность дерева также отражается на показателе сопротивления статическому изгибу – при изменении влажности на 1%, сопротивление изменяется на 4%.

По величине сопротивления ударному изгибу можно определить вязкость или хрупкость древесины. Если сопротивление невелико, древесина хрупкая, а высокий показатель сопротивления говорит о большой вязкости древесины.

Измеряют сопротивление ударному изгибу с помощью маятника, замеряя работу Q кг/м, которая требуется маятнику определенного веса для того, чтобы сломать испытуемый брусок. Само сопротивление вычисляют по формуле A = Q/bh3, в которой b и h – соответственно ширина и высота сечения образца в сантиметрах.

Испытание механических свойств древесины на изгиб

Прочность древесины при сдвиге

Смещение в заготовке одной части древесины относительно другой называется сдвигом. Сдвиги образуются под действием внешних нагрузок разного характера. Выделяют сдвиги, возникающие от скалывания вдоль или поперек волокон и от распила (перерезания).

Прочность при скалывании меньше прочности продольного сжатия примерно в 5 раз. А если сравнивать прочность скалывания вдоль и поперек волокон в одном образце, то предел прочности при продольном скалывании в два раза выше, чем при поперечном. Прочность древесины при перерезании выше прочности при скалывании раза в четыре.

Самая прочная древесина

Все породы деревьев различаются по прочности. Из хвойных деревьев наиболее прочной считается лиственница. Это дерево обладает уникально твердой и долговечной древесиной, устойчивой к гниению и влагостойкой. Смолистая и прочная, она замечательна еще и тем, что, находясь в воде способна приобретать прочность камня. Древесина лиственницы используется в производстве мебели и в строительстве. В строительстве подводных сооружений ей практически нет альтернативы. Успешно применяется в кораблестроении.

Из лиственных пород, используемых человеком, первое место по прочности занимает дуб. Древесина очень долговечная, гибкая, имеет великолепные декоративные качества и применяется во многих областях промышленности. Из нее делают дорогую мебель, паркет, хороша для поделок.

До настоящего времени в Литве, в маленькой деревушке Стелмуж, растет дуб, возраст которого более 1500 лет. На высоте человеческого роста диаметр ствола составляет 4 метра, а обхват дерева на трехметровой высоте равен 13.5 метров. Этот дуб является памятником природы, он – самый старый представитель дубовых деревьев во всей Европе.

В мире есть несколько образцов деревьев с «железной» древесиной. Амазонское дерево в Бразилии, азобе в Африке, темир-агач в Азербайджане и Иране. Закавказские леса и леса Северной Ирландии – место произрастания персидской парротии, которая также поражает своей прочностью. К сожалению, все перечисленные деревья редко встречаются в природе, и их находки – это настоящее чудо.

 

Прочность пород древесины - |

Долговечность деревянных конструкций напрямую зависит от прочности древесины – способности сопротивляться разрушению под воздействием механических факторов. Чем прочнее порода, тем большие нагрузки она способна выдерживать.

Традиционно в строительстве домов используют хвойные породы – ель, сосну, лиственницу – так как помимо прочности, простоты обработки, доступности, они демонстрируют хорошую стойкость к биологическим поражениям. Лиственные породы более хрупкие, поэтому больше подходят для возведения временных построек и отделки интерьеров. Выбор породы определяется её механическими и декоративными свойствами.

Прочность – стойкость к механическим воздействиям. Она определяется совокупностью характеристик: влажность, плотность, твердость и направление воздействия.

Влажность

При изменении влажности меняется объем и линейные размеры элемента, что влияет на плотность. Более тяжелая, плотная древесина считается более прочной.

При влажности до 30% чем больше влаги, тем меньше прочность. По достижении предела гигроскопичности (30%) прочность остается неизменной даже при увеличении объема влаги. Из-за этой особенности показатели механических свойств древесины определяются при влажности 12-15%.

Влажность также влияет на стойкость к биологическим поражениям, которые могут привести к разрушению деревянных конструкций. Грибки и бактерии любят влагу и тепло, легко проникают в поры и начинают разрушать дерево. Если вовремя не принять меры, прочная на первый взгляд древесина быстро придёт в негодность.

Плотность

Плотность (отношение массы древесины к объему) напрямую связана с количеством влаги. По плотности породы дерева делят на три группы:

  • Малой плотности – до 550 кг/м³ (пихта сибирская, ель, ива, сосна, осина, липа, ольха).
  • Средней плотности – 551–700 кг/м³ (тик, бук, дуб, конский каштан, орех, береза, вишня, лиственница, платан, клен).
  • Высокой плотности – от 771 кг/м³ (ясень, слива, пекан, самшит, яблоня, маслина).

Плотность влияет не только на механическую прочность, но и на долговечность. Плотная древесина менее подвержена истиранию, но хуже пропитывается антисептиками. Это учитывают при защитной обработке.

У хвойных пород плотность поздней древесины выше плотности ранней в 2-3 раза. Чем ближе к ядру, тем выше хрупкость – поэтому они часто начинают разрушаться из середины. Эту особенность учитывают, отбирая пиломатериал.

Твердость

Твердые породы более износостойкие, но их сложнее обрабатывать – фрезеровать, распиливать, забивать гвозди и скобы. При увеличении влажности твердость уменьшается.

По твердости древесину делят на три группы:

  • Мягкие породы (торцовая твердость до 40 МПа): сосна, ель, кедр, можжевельник, тополь, липа, осина, каштан.
  • Твердые (40,1–80 Мпа): лиственница, береза сибирская, бук, дуб, вяз, платан, рябина, клен, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень.
  • Очень твердые (80 Мпа и более): акация белая, ятоба, береза железная, граб, самшит, фисташка, тисс.

Рекордсменом по твёрдости считается эбеновое дерево, а самая мягкая порода из тех, что используются в строительстве – каштан.

Эбеновое дерево, ятоба и акация – самые твердые породы древесины

Направление воздействия

Нагрузки различают по силе, характеру (растяжение, сжатие, изгиб, скалывание) и направлению (продольное, радиальное и тангенциальное). Наиболее важными для строительной отрасли считаются показатели прочности на сжатие и на изгиб. В таблице приведены значения прочности для самых распространенных в России пород древесины.

Из хвойных пород наиболее прочной считается лиственница. Она устойчива к гниению и воздействию влаги, содержит много смолы, которая работает как консервант, предотвращая заражение грибком.

Из лиственных пород наиболее часто используют дуб. Древесина дуба прочная и долговечная, имеет очень красивый рисунок, поэтому её используют в производстве мебели, предметов интерьера, для внутренней отделки.

Прочность породы древесины – один из основных факторов при выборе материала для строительства. Но не менее важно, в каких условиях она используется. Чтобы продлить срок эксплуатации деревянных конструкций, используйте  составы ТД «Пожзащита». Наши специалисты помогут подобрать средства для огнезащитной и биозащитной обработки точно под ваши задачи.

Прочностные характеристики коммерчески важной древесины – WoodBin


В приведенной ниже таблице представлены полученные в лаборатории значения нескольких механических свойств древесины, которые связаны с ее прочностью. Обратите внимание, что из-за неадекватности выборки эти значения могут не обязательно отражать средние характеристики вида.

Источник: Лаборатория лесных товаров США

Виды деревьев Средний удельный вес, высушенная в печи проба 96 фунтов на кв. дюйм дюймов фунтов на квадратный дюйм фунтов на квадратный дюйм фунтов на квадратный дюйм

Лиственные породы США
Ольха красная 0,41 1,38 20 5 820 440 1 080
Ясень, черный 0,49 1,60 35 5,970 760 1 570
Ясень, синий 0,58 1,40 - 6 980 1 420 2 030
Ясень, зеленый 0,56 1,66 32 7 080 1 310 1 910
Эш, Орегон 0,55 1,36 33 6 040 1 250 1 790
Ясень, белый 0,60 1,74 43 7 410 1 160 1 910
Аспен, Большой зуб 0,39 1,43 - 5 300 450 1 080
Аспен, Дрожащий 0,38 1,18 21 4 250 370 850
Липа 0,37 1,46 16 4 730 370 990
Бук, американский 0,64 1,72 41 7 300 1 010 2 010
Береза, бумага 0,55 1,59 34 5 690 600 1 210
Береза ​​сладкая 0,65 2,17 47 8 540 1 080 2 240
Береза, желтая 0,62 2. 01 55 8 170 970 1 880
Орех 0,38 1,18 24 5 110 460 1 170
Вишневый, черный 0,50 1,49 29 7 110 690 1 700
Каштан, американский 0,43 1,23 19 5 320 620 1 080
Тополь бальзамический 0,34 1.1 - 4 020 300 790
Коттон, черный 0,35 1,27 22 4 500 300 1 040
Вяз Восточный 0,40 1,37 20 4 910 380 930
Вяз, американский 0,50 1,34 39 5 520 690 1 510
Вяз, Скала 0,63 1,54 56 7 050 1 230 1 920
Вяз Скользкий 0,53 1,49 45 6 360 820 1 630
Хакберри 0,53 1,19 43 5 440 890 1 590
Гикори, горький орех 0,66 1,79 66 9 040 1 680 -
Гикори, Мускатный орех 0,6 1,70 - 6 910 1 570 -
Хикори, пекан 0,66 1,73 44 7 850 1 720 2 080
Хикори, вода 0,62 2,02 53 8 600 1 550 -
Гикори, моккернат 0,72 2,22 77 8,940 1 730 1 740
Гикори, Пиньют 0,75 2,26 74 9 190 1 980 2 150
Хикори, Шагбарк 0,72 2,16 67 9 210 1 760 2 430
Гикори, ракушка 0,69 1,89 88 8 000 1 800 2 110
Гледичия - 1,63 47 7 500 1 840 2 250
Саранча, черный 0,69 2,05 57 10 180 1 830 2 480
Магнолия, огуречное дерево 0,48 1,82 35 6 310 570 1 340
Магнолия, Южная 0,50 1,40 29 5 460 860 1 530
Клен крупнолистный 0,48 1,45 28 5 950 750 1 730
Клен, черный 0,57 1,62 40 6 680 1 020 1 820
Клен, красный 0,54 1,64 32 6 540 1000 1 850
Клен, серебро 0,47 1,14 25 5 220 740 1 480
Клен, сахар 0,63 1,83 39 7 830 1 470 2 330
Дуб, черный 0,61 1,64 41 6 520 930 1 910
Дуб, Вишневая кора 0,68 2,28 49 8 740 1 250 2000
Дуб, лавр 0,63 1,69 39 6 980 1 060 1 830
Дуб, северный красный 0,63 1,82 43 6 760 1 010 1 780
Дуб, штифт 0,63 1,73 45 6 820 1 020 2 080
Дуб, алый 0,67 1,91 53 8 330 1 120 1 890
Дуб, Южный красный 0,59 1,49 26 6 090 870 1,390
Дуб, вода 0,63 2,02 44 6 770 1 020 2 020
Дуб, ива 0,69 1,90 42 7 040 1 130 1 650
Дуб, Бур 0,64 1,03 29 6 060 1 200 1 820
Дуб, Каштан 0,66 1,59 40 6 830 840 1 490
Дуб живой 0,88 1,98 - 8 900 2 840 2 660
Дуб, Overcup 0,63 1,42 38 6 200 810 2000
Дуб, Стойка 0,67 1,51 46 6 600 1 430 1 840
Дуб, болотный каштан 0,67 1,77 41 7 270 1 110 1 990
Дуб болотно-белый 0,72 2,05 49 8 600 1 190 2000
Дуб, белый 0,68 1,78 37 7 440 1 070 2000
Сассафрас 0,46 1,12 - 4 760 850 1 240
Сладкая резинка 0,52 1,64 32 6 320 620 1 600
Платан, американский 0,49 1,42 26 5 380 700 1 470
Тупело, черный 0,50 1,20 22 5 520 930 1 340
Тупело, Вода 0,50 1,26 23 5 920 870 1 590
Орех, черный 0,55 1,68 34 7 580 1 010 1 370
Ива, черный 0,39 1. 01 - 4 100 430 1 250
Тополь желтый 0,42 1,58 24 5 540 500 1 190
Хвойные породы США
Болдкипарис 0,46 1,44 24 6 360 730 1000
Сидар, Аляска 0,44 1,42 29 6 310 620 1 130
Белый кедр, атлантический белый 0,32 0,93 13 4 700 410 800
Кедр, Восточный Красный кедр 0,47 0,88 22 6 020 920 -
Кедр, ладан 0,37 1,04 17 5 200 590 880
Кедр, северный белый 0,31 0,80 12 3 960 310 850
Сидар, Порт-Орфорд 0,43 1,70 28 6 250 720 1 370
Кедр, Западный Редкедр 0,32 1. 11 17 4 560 460 990
Пихта Дугласа, побережье 0,48 1,95 31 7 230 800 1 130
Пихта Дугласа, Интерьер Западный 0,50 1,83 32 7 430 760 1 290
Пихта Дугласа, Внутренний Север 0,48 1,79 26 6 900 770 1 400
Пихта Дугласа, Южный интерьер 0,46 1,49 20 6 230 740 1 510
Пихта, бальзамин 0,35 1,45 20 5 280 404 944
Пихта, красная Калифорния 0,38 1,50 24 5 460 610 1 040
Пихта, Гранд 0,37 1,57 28 5 290 500 900
Пихта благородная 0,39 1,72 23 6 100 520 1 050
Пихта тихоокеанская серебристая 0,43 1,76 24 6 410 450 1 220
Пихта субальпийская 0,32 1,29 - 4 860 390 1 070
Пихта, белая 0,39 1,50 20 5 800 530 1 100
Болиголов восточный 0,40 1,20 21 5 410 650 1 060
Болиголов горный 0,45 1,33 32 6 440 860 1 540
Болиголов, Вестерн 0,45 1,63 23 7 200 550 1 290
Лиственница западная 0,52 1,87 35 7 620 930 1 360
Сосна восточная белая 0,35 1,24 18 4 800 440 900
Сосна, Джек 0,43 1,35 27 5 660 580 1 170
Сосна Лоблолли 0,51 1,79 30 7 130 790 1 390
Сосна, Ложа 0,41 1,34 20 5 370 610 880
Сосна длиннолистная 0,59 1,98 34 8 470 960 1 510
Сосна, Смола 0,52 1,43 - 5 940 820 1 360
Сосна, пруд 0,56 1,75 - 7 540 910 1 380
Сосна пондероза 0,40 1,29 19 5 320 580 1 130
Сосна красная 0,46 1,63 26 6 070 600 1 210
Сосна, песок 0,48 1,41 - 6 920 836 -
Сосна коротколистная 0,51 1,75 33 7 270 820 1 390
Сосна, Слэш 0,59 1,98 - 8 140 1 020 1 680
Сосна, ель 0,44 1,23 - 5 650 730 1 490
Сосна, сахар 0,36 1,19 18 4 460 500 1 130
Пайн, Вирджиния 0,48 1,52 32 6 710 910 1 350
Сосна, Западная белая 0,38 1,46 23 5 040 470 1 040
Красное дерево старовозрастное 0,40 1,34 19 6 150 700 940
Красное дерево, Молодняк 0,35 1. 10 15 5 220 520 1 110
Ель, черный 0,42 1,61 23 5 960 550 1 230
Ель, Энгельманн 0,35 1,30 18 4 480 410 1 200
Ель красная 0,40 1,61 25 5 540 550 1 290
Ель Ситка 0,40 1,57 25 5 610 580 1 150
Ель белая 0,36 1,43 20 5 180 430 970
Тамарак 0,53 1,64 23 7 160 800 1 280


Дерево | Свойства, производство, использование и факты

хвойные и лиственные породы умеренной зоны, выбранные для демонстрации вариантов

Просмотреть все материалы

Ключевые люди:
Франсуа Пино Йоханнес Грубенманн Ганс Ульрих Грубенманн
г.
Похожие темы:
сосна береза тик дуб бук

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

древесина , основная укрепляющая и проводящая питательные вещества ткань деревьев и других растений, а также один из самых распространенных и универсальных природных материалов. Древесина, производимая многими ботаническими видами, включая голосеменные и покрытосеменные растения, доступна в различных цветах и ​​узорах. Он прочен по отношению к своему весу, изолирует от тепла и электричества и обладает желательными акустическими свойствами. Кроме того, он придает ощущение «тепла», которым не обладают конкурирующие материалы, такие как металлы или камень, и относительно легко обрабатывается. В качестве материала дерево служит с тех пор, как на Земле появились люди. Сегодня, несмотря на технологический прогресс и конкуренцию со стороны металлов, пластмасс, цемента и других материалов, древесина сохраняет свое место в большинстве своих традиционных ролей, и ее эксплуатационные возможности расширяются за счет новых применений. В дополнение к хорошо известным продуктам, таким как пиломатериалы, мебель и фанера, древесина является сырьем для древесных плит, целлюлозы и бумаги и многих химических продуктов. Наконец, древесина по-прежнему является важным топливом во многих странах мира.

С ботанической точки зрения древесина является частью системы, которая переносит воду и растворенные минералы от корней к остальным частям растения, хранит пищу, созданную в результате фотосинтеза, и обеспечивает механическую поддержку. Его производят примерно от 25 000 до 30 000 видов растений, включая травянистые, хотя только от 3 000 до 4 000 видов производят древесину, пригодную для использования в качестве материала. Древесные лесные деревья и другие древесные растения делятся на две категории: голосеменные и покрытосеменные. Голосеменные, или шишковидные деревья, дают хвойные породы, такие как сосна и ель, а покрытосеменные растения производят лиственные породы умеренной и тропической зон, такие как дуб, бук, тик и бальза. Следует отметить, что различие, подразумеваемое пунктом лиственных пород и хвойных пород верно не во всех случаях. Некоторые лиственные породы, например бальза, мягче некоторых мягких пород, например тиса.

прозрачная древесина

Посмотреть все видео к этой статье

Древесина является материалом, имеющим большое экономическое значение. Он встречается во всем мире, и его можно рационально использовать как возобновляемый ресурс, в отличие от угля, руды и нефти, которые постепенно истощаются. Благодаря заготовке в лесах, транспортировке, переработке в мастерских и промышленности, торговле и использованию древесина обеспечивает рабочие места и поддерживает экономическое развитие, а в некоторых странах - основные средства к существованию. Об этом свидетельствует сохраняющийся высокий спрос на древесину и изделия из дерева.

В весовом отношении потребление древесины намного превышает потребление других материалов. Более половины производимого круглого леса (бревен) потребляется в качестве топлива, главным образом в менее развитых странах.


Learn more