Плоская деформация при изгибе круглого цилиндрически анизотропного неоднородного тела

УДК

DOI:

Аннотация

Приведен вывод расчетных формул прочностных и деформативных показателей при изгибе конструкционных пиломатериалов с кольцевой макроструктурой с учетом неоднородности древесины в пределах годичных слоев. Древесина в стволе растущего дерева имеет кольцевую структуру годичных слоев. В каждом годичном слое присутствуют слои ранней и поздней древесины. Поздняя древесина плотнее, тяжелее и тверже ранней, от количества поздней древесины зависят цвет, плотность и прочность древесины в целом. Также кольцевая структура древесины способствует повышению ее прочности. В конструкционных пиломатериалах, из которых изготавливают элементы несущих строительных конструкций, целесообразно сохранять максимальное количество неперерезанных годичных слоев. Это возможно при использовании конструкционных пиломатериалов больших сечений с присутствием сердцевины. Целью работы является решение задачи расчета прочностных характеристик конструкционных пиломатериалов, макроструктура строения древесины которых представляет собой систему коаксиально нанизанных друг на друга тонкостенных оболочек, моделирующих годичные слои древесины. Для решения этой задачи разработана методика расчета прочностных и деформативных показателей бруса с кольцевой структурой. При проведении исследований прочностных свойств древесины чаще всего ее рассматривают как однородный материал, у которого не учитываются свойства ранней и поздней зон годичных слоев. На самом деле древесина – неоднородный материал, ее неоднородность заключается в изменчивости свойств в радиальном направлении, что является ее природной особенностью. Наблюдается периодичность изменения свойств за счет ранней и поздней древесины годичных слоев. Для упрощения задачи была принята одинаковая ширина обеих зон годичного слоя. На основе этих положений была разработана методика расчетов прочностных и деформативных показателей бруса с кольцевой структурой. Рассмотрена периодичность изменения свойств с учетом ранней и поздней древесины годичных слоев. Полученное решение позволяет проводить исследования напряженного состояния элементов деревянных строительных конструкций с кольцевой структурой при изгибе с учетом неоднородности древесины в пределах годичных слоев.

Сведения об авторах

© В.И. Мелехов¹, д-р техн. наук, проф.

В.Н. Глухих², д-р техн. наук, проф.

В.Е. Бызов³, канд. техн. наук, доц.

¹Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова,

наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002; е-mail: lti@narfu.ru

²С.-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, Институтский пер., 5, С.-Петербург, Россия, 194021; е-mail: public@ftacademy.ru

Ключевые слова

Ссылка на английскую версию:

Plane Strain when Bending Round Cylindrical Anisotropic Heterogeneous

Orthotropic Timber

V.I. Melekhov¹, Doctor of Engineering, Professor

V.N. Glukhikh², Doctor of Engineering, Professor

V.E. Byzov³, Candidate of Engineering, Associate Professor

¹Northen (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russia, е-mail: lti@narfu.ru

²Saint Petersburg State Forest Technical University named after S.M. Kirov, Institutskiy per, 5, Saint Petersburg, 194021, Russia, е-mail: public@ftacademy.ru

³Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering,

2-d Krasnoarmeiskaya, 4, Saint Peterburg, 190005, Russia, е-mail: mapana@inbox.ru

It is presented the output from the calculation formulas of strength and deformation indicators by bending of constructing plank timber with ring macrostructure considering the heterogeneity of wood within the annual rings. Wood in the trunk of a growing tree is a circular structure of the annual rings. In each annual ring are autumn-wood and summer-wood. Autumn-wood is denser, heavier and harder than summer-wood. From the amount of the autumn-wood depend color, density and durability of wood. The ring structure of wood contributes to the enhancement of its strength. In constructing plank timber, from which elements of building bearing structure are made, is advisably to retain the maximum of whole annual rings. It is possible when using of constructing plank timber with large sections with the presence of the boon. The purpose of the work is the solution of the problem of calculating the strength characteristics of constructing plank timber with wood macrostructure of which represents a system of coaxially beaded thin-walled shells to each other, simulated the annual rings of wood. To solve this problem is obtained the method of calculation of strength and deformation indicators of logs with an annular structure. By the carrying out of the researches of wood strength properties it is often considered as a homogeneous material, which does not take into account properties of autumn-wood and summer-wood annual rings. Actually wood is non-uniform material and heterogeneity of its apparent in variability of the properties in the radial direction, which is its natural feature. Frequency of changes in the properties based on the autumn-wood and summer-wood of annual rings is observed. To simplify the task was adopted the same width of both the annual ring zones. On the basis of these provisions were developed methods for calculating the strength and deformation indicators of logs with an annular structure. The periodicity of changing properties based on the autumn-wood and summer-wood of annual rings is considered. The solution will enable studies of stressed state of the building structure elements with annular structure by bending considering the heterogeneity of wood within the annual rings.

Keywords: round anisotropic cylindrical log, annual ring, strength and deformability
indicators.