Закономерность изменения механических свойств древесины во времени при удержании реакции

УДК

630*812

DOI:

Аннотация

Главным источником информации о свойствах материала являются диаграммы испытаний образцов. Однако многочисленные испытания образцов на растяжение, сжатие, изгиб, кручение и при других способах нагружения не позволили установить механиз­м явлений, происходящих в материалах при их пластичес­кой деформации (ползучести) и разрушении.

В литературе отсутствует теоретическое описание процесса деформирования и удержания.

Авторы поставили перед собой цель разработать на основе экспериментальных данных метод, описывающий поведение древесины, деформированной с постоянной скоростью до заданной реакции. Реакцию удерживают неизменной дополнительным деформированием материала вплоть до полного разрушения. Предстояло вывести уравнения состояния материала, с помощью которых можно было бы описать поведение материала в любой момент времени при различных деформациях и нагрузках.

Для анализа диаграмм деформирования и вывода уравнения, описывающих поведение образцов, авторы использовали универсальную интегрированную среду Mathcad 2001 Pro, позволяющую преобразовывать нелинейные диаграммы логарифмированием, дифференцированием (точнее, конечными разностями), приводя их к линейному виду и завершая поиск статистической обработкой под контролем коэффициента корреляции. Эти приемы позволили определить структуру уравнения ползучести, предел ползучести и долговечность материала.

При этом было отмечено, что ползучесть сопровождается уменьшением коэффициента упругости (поскольку реакция поддерживается постоянной). Такое поведение не соответствует представлению о древесине, как о сплошной среде. Древесина имеет структуру, которая представляется как многомерная сеть, в узлах которой размещены элементы, обладающие свойствами трех последовательно соединенных звеньев: интегрирующего, инерционного первого порядка и с запаздыванием (в терминах теории автоматического управления), составляющих структуру (атомы, молекулы, клетки и др. соединения).

Полученное уравнение применимо в теории упругости, теории пластичности и ползучести.

Сведения об авторах

В.Ф. Дунаев, канд. техн. наук

В.И. Мелехов, д-р техн. наук, проф.

М.В. Захаров, канд. техн. наук, доц.

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002

Е-mail: javzora@mail.ru

Ключевые слова

древесина, структура древесины, элементы структуры, звенья элементов, деформированная древесина, диаграмма (экспериментальная кривая), дефор-мирование, ползучесть, долговечность, реакция, пределы релаксации и ползучести

Литература

1. Бернштейн М., Займовский В.А. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1979. 496 с.

2. Быковский В.Н. Применение механики упруговязких тел к построению теории сопротивления древесины с учетом фактора времени //Исследования прочности и деформативности древесины: сб. ст.; под ред. Г.Г. Карлсена. М.: Гос. изд-во лит-ры по строительству и архитектуре, 1956. С. 32 — 41.

3. Дунаев В.Ф., Мелехов В.И. Закономерность изменения механических свойств во времени при деформировании // Лесн. журн. 2010. № 3. С. 101 — 109. (Изв. высш. учеб. заведений).

4. Иванов Ю.М. Предел пластического течения древесины. 2-е изд. М.: Строй-издат, 1948. 200 с.

5. Коцегубов В.П. Некоторые вопросы долговременного сопротивления древесины сосны сжатию вдоль волокон //Исследования прочности и деформативности древесины: сб. ст.; под ред. Г.Г. Карлсена. М.: Гос. изд-во лит-ры по строительству и архитектуре, 1956. С. 127 — 141.

6. Кудрявцев Е.М. Mathcad 2001 Pro. М.: ДМК Пресс, 2001. 576 с.

7. Локощенко А.М. Моделирование процесса ползучести и длительной прочности металлов: моногр. М.: МГИУ, 2007. 264 с.

8. Седов Л.И. Механика сплошной среды. М.: Наука. Главн. ред. физ.-мат. лит-ры, 1984. 560 с.

Ссылка на английскую версию:

Pattern Changes of Wood Mechanical Properties in Time Under Reaction Confinement

Pattern Changes of Wood Mechanical Properties in Time Under

Reaction Confinement

V.F. Dunaev, Candidate of Engineering

V.I. Melekhov, Doctor of Engineering, Professor

M.V. Zakharov, Candidate of Engineering, Associate Professor

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, 163002 Arkhangelsk, Russia

E-mail: javzora@mail.ru

The main sources of information about the properties of the material are diagrams of a particular type of sample test. However, numerous tensile, compression, bending, and twisting tests as well as other methods of loading could not help determine the mechanisms of the phenomena occurring in the materials at their plastic deformation (creep) and destruction.

In scientific literature, there is no theoretical description of the process of
deformation and confinement.

On the basis of the experimental data, the authors aimed to develop a method describing behaviour of wood deformed at a constant rate to the given reaction value. The reaction is kept constant by additional material deformation up to complete destruction. The task was to derive an equation of material state which would allow us to describe behaviour of the material at any time under various loads and deformations.

To analyze deformation diagrams and develop an equation describing the behaviour of the samples, the authors used a universal integrated environment Mathcad 2001 pro allowing one to convert nonlinear diagrams by taking logarithms and by differentiating (more precisely, by finite differences), making them linear and completing the search by statistical processing under the control of the correlation coefficient. These techniques helped determine the structure of creep equation, creep strength, and durability.

Creep was accompanied by a decrease in coefficient of elasticity (as the reaction was maintained constant). This behaviour is inconsistent to the view of wood as a continuous medium. The structure of the wood shows up as a multi-dimensional network, nodes of which contain elements with properties of three series-connected circuits: the integrator, the first order relaxation circuit, and the delay component (in terms of the automatic control theory), which make up a structure (atoms, molecules, cells, and other compounds).

The equation developed can be applied in the theories of elasticity, plasticity and creep.

Keywords: wood, structure of wood, elements of the structure, parts of the elements, deformed wood, chart (experimental curve) deformation, creep, durability, reaction, relaxation limit, creep limit.

REFERENCES

1. Bernshteyn M.L., Zaymovskiy V.A. Mekhanicheskie svoystva metallov [Mechanical Properties of Metals]. Moscow, 1979. 496 p.

2. Bykovskiy V.N. Primenenie mekhaniki uprugovyazkikh tel k postroeniyu teorii soprotivleniya drevesiny s uchetom faktora vremeni [Viscoelastic Bodies Mechanics Applied to the Construction of the Theory of Time-Dependent Resistance of Wood]. Issledovaniya prochnosti i deformativnosti drevesiny [Research on Wood Strength and Deformabi-lity]. Moscow, 1956, pp. 32–41.

3. Dunaev V.F., Melekhov V.I. Zakonomernost' izmeneniya mekhanicheskikh svoystv vo vremeni pri deformirovanii [Pattern Changes of Wood Mechanical Properties in Time Under Deformation]. Lesnoy zhurnal, 2010, no. 3, pp. 101–109.

4. Ivanov Yu.M. Predel plasticheskogo techeniya drevesiny [Plastic Yield Point of Wood]. 2nd ed. Moscow, 1948. 200 p.

5. Kotsegubov V.P. Nekotorye voprosy dolgovremennogo soprotivleniya drevesiny sosny szhatiyu vdol' volokon [Some Issues of Continuous Resistance of Pine Wood to Compression Along the Fibers]. Issledovaniya prochnosti i deformativnosti drevesiny [Research on Wood Strength and Deformability]. Moscow, 1956, pp. 127–141.

6. Kudryavtsev E.M. Mathcad 2001 Pro. Moscow, 2001. 576 p.

7. Lokoshchenko A.M. Modelirovanie protsessa polzuchesti i dlitel'noy prochnosti metallov [Simulation of Creep Process and Continuous Strength of Metals]. Moscow, 2007. 264 p.

8. Sedov L.I. Mekhanika sploshnoy sredy [Continuum Mechanics]. Moscow, 1984. 560 p.