Анизотропия и диссипативные свойства древесины. С. 145–156

УДК

620.179, 691.113, 539.3

DOI:

https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-4-145-156

Аннотация

Математические модели, описывающие рассеяние энергии при колебаниях конструкций из изотропных материалов, являются приближенными и эмпирическими. В тех случаях, когда колебания совершает анизотропное тело, содержащее неоднородности, проблема корректного описания диссипации энергии колебаний встает еще более остро. Настоящая работа посвящена расчетно-экспериментальному исследованию диссипативных свойств древесины. В большинстве случаев для древесины эти свойства определяются только одним параметром – декрементом механических колебаний. Для точного моделирования динамического поведения конструкций из древесины этого недостаточно. Известно, что декремент механических колебаний не постоянен в частотном диапазоне и зависит от ориентации волокон древесины относительно направления вынуждающей силы. Эти особенности необходимо учитывать при построении адекватных математических моделей деревянных конструкций. Следовательно, разработка новых методик и выявление основных закономерностей диссипации энергии как по объему тела, так и для различных областей частотного диапазона представляются актуальными. Применен оригинальный экспериментальный метод оценки упругих и диссипативных свойств для образцов из древесины ели и березы. Для них определены модули упругости и декременты механических колебаний. Исследовано влияние анизотропии, масштабного фактора на эти параметры. Обнаружена взаимосвязь между упругими и диссипативными свойствами древесины. Установлено, что с увеличением модуля упругости в продольном направлении образца его диссипативные свойства снижаются: уменьшается логарифмический декремент колебаний. Сформулирована гипотеза о связи между упругими и диссипативными характеристиками древесины. В этом случае корректное описание характеристик рассеяния энергии для какой-либо породы древесины должно содержать не 1 константу демпфирования, а 9 – количество упругих постоянных у ортотропного тела. Адекватность полученных результатов проверена при помощи конечно-элементной модели образца из древесины. Расчетные соотношения для древесины сформулированы на основании модели ортотропного тела. Деформации сдвига учтены с помощью гипотезы С.П. Тимошенко. Результаты численных исследований подтверждаются хорошим соответствием данным натурных экспериментов.

Сведения об авторах

С.В. Шлычков, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: PAV-3393-2025, ORCID: https://orcid.org/0009-0001-0892-0245
Поволжский государственный технологический университет, г. Йошкар-Ола, Россия; shlychkovsv@volgatech.net

Ключевые слова

собственная частота, модуль упругости, конечный элемент, логарифмический декремент колебаний, диссипативные свойства, свойства древесины

Для цитирования

Шлычков С.В. Анизотропия и диссипативные свойства древесины // Изв. вузов. Лесн. журн. 2026. № 4. С. 145–156. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-4-145-156

Литература

1. Ашкенази Е.К., Ганов Э.В. Анизотропия конструкционных материалов. Л.: Машиностроение, 1980. 247 с. 

2. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний. М.: Высш. шк., 1980. 408 с. 

3. Макарьева Т.А. Исследование акустических характеристик древесины, используемой для дек музыкальных инструментов, и разработка методов их контроля в условиях производства: дис. … канд. техн. наук. М., 1975. 200 с. 

4. Паймушин В.Н., Фирсов В.А., Гюнал И., Шишкин В.М. Теоретико-экспериментальный метод определения аэродинамической составляющей демпфирования тест-образца ромбовидного поперечного сечения // Вестн. ПНИПУ. Механика. 2016. № 4. С. 200–219. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2016.4.12

5. Патент 2715222 C1 РФ, МПК G01N. Способ определения упруго-диссипативных характеристик древесины: № 2019103387: заявл. 07.03.2019: опубл. 26.02.2020 / C.В. Шлычков. 

6. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Наукова думка, 1988. 736 с. 

7. Пищик И.И. Датирование древесины длительной выдержки неразрушающими методами: автореф. дис. … д-ра техн. наук. М., 2005. 31 с. 

8. Пищик И.И. К вопросу использования длительно выдержанной древесины в музыкальных инструментах // Лесн. вестн. / Forestry Bulletin. 2012. № 3. С. 115–119. 

9. Салдаева Е.Ю., Цветкова Е.М., Шлычков С.В. Идентификация упругих свойств древесины // Фундамент. исследования. 2013. № 10, ч. 12. С. 2625–2629. 

10. Светлицкий В.А., Стасенко И.В. Сборник задач по теории колебаний. М.: Высш. шк., 1973. 456 с. 

11. Тулузаков В.В. О логарифмическом декременте затухания резонансной древесины // Науч. тр. МЛТИ. 1981. Вып. 131. С. 11–14. 

12. Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение. М.: МГУЛ, 2007. 351 с. 

13. Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский, М.Е. Бродов, М.В. Быстрое и др.; под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1231 с. 

14. Шлычков С.В. Влияние породы древесины на качество акустических панелей // Лесн. вестн. / Forestry Bulletin. 2016. Т. 20, № 4. С. 60–63. 

15. Шлычков С.В., Тарасова О.Г. Идентификация упруго-диссипативных свойств древесины // Вестн. Поволжск. гос. технол. ун-та. Сер.: Материалы, конструкции, технологии. 2022. № 3. С. 34–42. https://doi.org/10.25686/2542-114X.2022.3.34

16. ANSYS Mechanical APDL Verification Manual. ANSYS, Inc. Release 15.0 Southpointe, November 2013, 275 Technology Drive Canonsburg, PA 15317. ANSYS Inc., 2013. Available at: http://www.ansys.com (accessed 21.06.26).

17. ASTM E-756. Standard Test Method for Measuring Vibration Damping Properties of Materials. S. l. ASTM Intern., 2004.

18. Bremaud I., Gril J., Thibaut B. Anisotropy of Wood Vibrational Properties: Dependence on Grain Angle and Review of Literature Data. Wood Science and Technology, 2011, vol. 45, pp. 735–754. https://doi.org/10.1007/s00226-010-0393-8

19. Bremaud I., Gril J. Moisture Content Dependence of Anisotropic Vibrational Properties of Wood at Quasi Equilibrium: Analytical Review and Multi-Trajectories Experiments. Holzforschung, 2021, vol. 45, no. 4, pp. 313–327. https://doi.org/10.1515/hf-2020-0028

20. Bucur V. Acoustics of Wood. Berlin, Springer, 2006. 394 p. https://doi.org/10.1007/3-540-30594-7

21. Guiman M.V., Stanciu M.D., Roșca I.C., Georgescu S.V., Năstac S.M., Câmpean M. Influence of the Grain Orientation of Wood upon Its Sound Absorption Properties. Materials, 2023, vol. 16, iss. 17, art. 5998. https://doi.org/10.3390/ma16175998

22. Timoshenko S.P., Gere J.M. Mechanics of Materials. New York, Van Nostrand Company, 1972. 575 p.

Ссылка на английскую версию:

Anisotropy and Dissipative Properties of Wood. P. 145–156