Работа древесины на скалывание

Судить о работе древесины на скалывание можно по величине допустимой деформации.

Скалывание древесины возможно в плоскости, параллельной волокнам - в направлении вдоль волокон, поперек волокон и под углом к волокнам. Предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон, определяемый испытанием стандартных образцов ели и сосны при влажности 15% составляет 60 - 70 кг/см2, причем разница между прочностью на скалывание в тангенциальной и радиальной плоскостях незначительна. Сопротивление скалыванию поперек волокон и под углом к волокнам меньше, чем вдоль волокон.

Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, скалывающие напряжения распределяются по длине площадки скалывания неравномерно; среднее напряжение, определяемое по формуле τ_ср = Т_ск/F_ск , меньше максимального напряжения. Средний предел прочности падает с увеличением длины площадки скалывания и зависит от отношения длины lск этой площадки к плечу е приложения скалывающих сил (рис. 1, кривые 1). При «одностороннем» скалывании (рис. 2, а) неравномерность больше, чем при «промежуточном» (рис. 2, б). Скалывание при внецентренном приложении скалывающей силы (рис. 2, в) нередко сопровождается отдиранием поперек волокон, что еще более ухудшает работу древесины на скалывание.

Рис. 1. Влияние отношения длины площадки скалывания к эксцентрицитету приложения скалывающей силы на величину напряжений скалывания при разрушении образца 

(а — одностороннее скалывание; б — промежуточное скалывание)

Влияние отдирающих усилий значительно уменьшается при наличии «прижима» по площадке скалывания (сила V на рис. 2, г и сила Q на рис. 1), который всегда следует предусматривать при конструировании.

Рис. 2. Характер распределения скалывающих и отдирающих напряжений при различных видах скалывания

При отсутствии «прижима» отдирающие усилия могут достигнуть предела прочности при разрыве поперек волокон и явиться причиной преждевременного разрушения соединений.

Кривые 1 на рис. 1 дают величины предела прочности на скалывание древесины при наличии «прижима». Кривые 2 и 3 на том же рисунке относятся к случаю малой величины или отсутствия прижима, когда разрушение происходит от разрыва поперек волокон (отдирания). В этом случае напряжения скалывания только условно характеризуют прочность образца.

Напряжение разрыва σ_у = M∙k/W

     где к— коэффициент концентрации нормальных напряжений, равный отношению напряжения по Навье к действительному напряжению

М=Т∙е; W= b∙l²/6= (при b = 1);

следовательно, σу = Te∙6∙к/l².

С другой стороны, Т = F_ckτ, где τ— напряжение скалывания; F_ck = lb=l∙1.

Таким образом,

σ_у= τ∙e∙6∙k/l;

При увеличении е или при уменьшении l , τ стремится к 0, и работа древесины на скалывание переходит в схему работы балки, изгибаемой поперек волокон.

Скалывание при поперечном изгибе в случае отсутствия подрезки сечения не осложняется отрывом поперек волокон и оценивается формулой τ=Q∙S/(J∙b), достаточно точно учитывающей неравномерность распределения скалывающих напряжений, как по сечению, так и по длине изгибаемого элемента.