Целью работы является ознакомление с методом определения предела прочности древесины при сжатии вдоль волокон.
Изучение метода;
Краткая теория
В конструкциях и изделиях древесина часто работает на сжатие вдоль волокон, что объясняется ее высокой прочностью при этом виде действия усилий и удобством их приложения.
Предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон сильно зависит от влажности. Прочность комнатно-сухой древесины в 2…2,5 раза выше, чем свежесрубленной. В среднем для всех изученных пород при влажности древесины 12 % предел прочности на сжатие вдоль волокон составляет около 50 МПа.
Для определения предела прочности применяют самые простые образцы (рисунок 1).
У образцов легко деформируемой древесины, а также с высокой влажностью наблюдается смятие торцов. У образцов древесины повышенной жесткости при разрушении появляется косая складка, обычно расположенная под углом 60…70° на тангенциальной поверхности образца. Довольно часто у разрушенного образца можно обнаружить две встречные косые складки, образующие клиновидный участок, под которым видна трещина от продольного раскола. Иногда наблюдается расслоение образца и другие виды разрушения. Все это свидетельствует о существовании влияния особенностей строения и анизотропии механических свойств древесины на показатели прочности при сжатии вдоль волокон.
Предел прочности при влажности W σ W , МПа, с точность до 0,5 МПа, вычисляют по формуле
a и b – размеры поперечного сечения образца, мм.
1 – сжатие вдоль волокон; 2 – сжатие поперек волокон; 3 – место не смятие поперек волокон; 4 – растяжение вдоль волокон; 5 – растяжение поперек волокон (радиальное); 6 – статический изгиб; 7 – скалывание вдоль волокон (тангенциальное)
Рисунок 1.1 – Образцы и схемы основных испытаний древесины на прочность
Предел прочности при нормализованной влажности σ 12 , МПа, вычисляют по формуле
12 = w , (1.2)
где - поправочный коэффициент на влажность, (для всех пород =0,04);
W – влажность образца в момент испытания, %.
В таблице 1.1 приведены пределы прочности древесины.
Таблица 1.1 – Прочность древесины при сжатии вдоль волокон при влажности 12% (Центральные районы Европейской части России)
1.3 Аппаратура и материалы
При выполнении работы применяют: испытательную машину Р-5, штангенциркуль, весы с точностью измерения не менее 0,01 г, сушильный шкаф, образцы древесины. Грани образцов должны быть гладко выстроганы или опилены (рисунок 1). Годовые слои на торцовых поверхностях должны быть параллельны одной паре противоположных граней и перпендикулярны другой. Смежные грани должны быть выполнены под прямым углом. Отклонения от номинальных размеров образца допускаются не более ±0,5мм.
Нижняя опорная плита машины должна иметь шаровую опору. В случае отсутствия таковой необходимо применять переносное приспособление, имеющее шаровую опору.
1.4 Порядок проведения работы
Подготавливают журнал наблюдения (табл. 1.2);
Таблица 1.2 – Протокол испытаний на сжатие вдоль волокон
измеряют штангенциркулем на средине образца размеры поперечного сечения;
устанавливают скорость нагружения машины – 4 мм/мин;
устанавливают на штанге маятника сменные грузы А…Г;
включают машину и доводят нагружение до разрушения образца;
снимают показания по шкале «Г» нагрузку P max с точностью до цены деления шкалы;
определяют характер деформации;
Обработка результатов
Определяют по формуле 1.1 предел прочности;
Формулируют выводы.
2 Определение предела прочности древесины при сжатии поперек волокон
2.1 Цель и содержание работы
Целью работы является ознакомление с методом определения предела прочности древесины при сжатии поперек волокон.
Изучение метода;
Определение предела прочности;
Обработку результатов и формулирование выводов.
2.2 Краткая теория
В конструкциях и изделиях древесина также часто работает на сжатие поперек волокон, что объясняется не столько ее прочностью (она для всех пород в среднем примерно в 10 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон), сколько необходимостью ее использования (шпалы, балки мостов и т.д).
В зависимости от особенностей микроскопического строения древесина по-разному сопротивляется действию усилий, приложенных в радиальном и тангенциальном направлениях поперек волокон (рисунок 2.1).
Трехфазная диаграмма наиболее четко выражена при сжатии древесины хвойных пород в радиальном направлении. Начальный, почти прямолинейный участок (первая фаза) этой диаграммы отражает сопротивление слабой ранней древесины годичных слоев. После потери устойчивости элементов происходит процесс их смятия, не требующего больших дополнительных усилий, и на диаграмме появляется второй, слегка наклонный к оси абсцисс участок (вторая фаза). Постепенно начинают оказывать сопротивление более прочные и жесткие анатомические элементы поздних зон, что отражено участком, расположенным под большим углом к оси абсцисс (третья фаза). Последняя фаза деформирования, несмотря на большие нагрузки, приводит лишь к уплотнению древесины и не завершается разрушением образца.
У древесины лиственных пород при сжатии как в радиальном, так и в тангенциальном направлениях происходит смятие анатомических элементов и наблюдается трехфазная диаграмма, хотя и менее выраженная. Однофазная диаграмма сжатия в тангенциальном направлении характерна для древесины хвойных пород. В этом случае условия воспринимают одновременно ранние и поздние зоны годичных слоев. Однако наибольшие напряжения возникают в жестких поздних зонах. Эти более прочные зоны и определяют сопротивление разрушению всего образца. Нагружение приводит к явному разрушению образцов: они выпучиваются в сторону выпуклости годичных слоев. Однофазная диаграмма обнаруживается при радиальном сжатии сухой древесины дуба, что связано с наличием широких сердцевинных лучей.
Поскольку в большинстве случаев при действии сжимающих усилий поперек волокон не удается установить максимальную нагрузку, приводящую к окончательному разрушению образца, ограничиваются определением предела пропорциональности, который принимают за условный предел прочности.
Условный предел прочности, σ W у, вычисляют по формуле
(2.1)
где Р у.п – нагрузка соответствующая пределу пропорциональности, Н;
а – ширина образца, мм;
l – длина образца, мм.
В таблице 2.1 приведены ориентировочные (прочность исследована недостаточно) данные.
Таблица 2.1 – Прочность древесины при сжатии поперек волокон при влажности 12 % (Центральные районы Европейской части России)
|
Условный предел прочности, МПа в направлении |
||
|
радиальном |
тангенциальном |
|
2.3 Аппаратура и материалы
При выполнении работы применяют: испытательную машину Р-5, приспособления для испытаний (рисунок 2.1), штангенциркуль, весы с точностью измерения не менее 0,01 г, сушильный шкаф, образцы древесины. Грани образцов должны быть гладко выстроганы или опилены (рисунок 1.1). Годовые слои на торцовых поверхностях должны быть параллельны одной паре противоположных граней и перпендикулярны другой. Смежные грани должны быть выполнены под прямым углом. Отклонения от номинальных размеров образца допускаются не более ±0,5мм.
Образцы не должны иметь видимых пороков и дефектов.
а – приспособление для испытания; 1 – индикатор; 2 – корпус; 3 – шток; 4 – подставка; 5 – съемный пуансон; 6 – образец; б – диаграмма сжатия древесины поперек волокон; 1 – трехфазная; 2 – однофазная
Рисунок 2 – Испытания древесины на сжатие поперек волокон
2.4 Порядок проведение работы
Подготавливают журнал наблюдения (таблица 2.2);
Таблица 2.2 – Протокол испытаний на сжатие поперек волокон
|
Маркировка образца |
Скорость нагружения |
Размеры поверхности нагружения, мм |
Предел пропорцио-нальности, Н Р у.п |
Влажность, W , % |
Условный предел прочности, Па |
Характер разрушения |
|||
Нумеруют полученный образец двумя большими буквами, характеризующими фамилии студентов, выполняющих совместно эту работу;
Определяют породу древесины, используя определитель пород;
измеряют штангенциркулем размеры поверхности нагружения;
устанавливают скорость нагружения машины – 2 мм/мин;
устанавливают на штанге маятника сменные грузы А...Б;
устанавливают образец в специальном приспособлении между опорными плоскостями машины;
включают машину и доводят нагружение до заметного увеличения скорости деформирования образца;
снимают показания по шкале «Б»;
определяют характер разрушения;
определяют влажность образца весовым методом.
2.5 Обработка результатов
Определяют по формуле 2.1 предел прочности;
Определяют по формуле 1.2 предел прочности при нормализованной влажности;
Формулируют выводы.
К атегория: Столярные работы
Пиление древесины вдоль волокон
Чтобы получить заготовку нужной ширины и толщины, доску пилят вдоль волокон. Но сначала заготовку надо разметить и закрепить в заднем зажиме верстака (рис. 1).
Правила пиления древесины вдоль волокон имеют много общего с правилами пиления поперек волокон, Но есть и некоторые различия: рабочая поза несколько иная, положение туловища прямое, ритм и темп пиления более быстрые.
Вот последовательность работы при распиливании заготовки вдоль волокон:
Крепление заготовки и рабочая поза столяра.
1. Разметить места распила.
2. Зажать заготовку вертикально в задний зажим верстака. Край заготовки не должен быть выше уровня плеча.
3. Подготовить инструмент и принять установленную позу.
4. Сделать пропил по линии разметки. Не забывайте, что у полотна лучковой пилы надо держать не руку, а брусочек.
5. Начать пиление, соблюдая ритм и темп.
Рис. 1. Пиление древесины вдоль волокон
При работе необходимо постоянно контролировать положение полотна пилы относительно заготовки по линии разметки, верстачной доске, линейке. Следить, чтобы дно пропила находилось примерно на уровне груди (ведь заготовку всегда можно поднять и опустить). Соблюдать правила безопасной работы. Перед концом пиления надо работать медленнее, без нажима, чтобы не расколоть заготовку и не поранить руки.
Качество работы можно проверить при помощи линейки, угольника.
При пилении вдоль волокон могут встретиться следующие виды брака:
1. Пропил не прямолинеен.
Причины:
а) вы не следили за линией разметки;
б) сильно нажимали на пилу;
в) не управляли пилой во время работы.
2. Пропил расположен не под прямым углом по отношению к широкой стороне заготовки.
Вот: почему:
а) вы начали работу не точно под прямым углом к краю заготовки;
б) пилили неправильно, не вдоль верстака, не по разметке;
в) не управляли полотном пилы.
Запомни!
Чтобы избежать брака при пилении, надо работать аккуратно и точно соблюдать установленные правила.
Конечно, лучше работать без брака. Но если все-таки появились какие-то погрешности, не огорчайтесь!
Недостатки можно устранить с помощью рубанка строганием.
Инструменты для работы.
Для пиления древесины вдоль волокон используют ножовки, лучковые, шипоные пилы (рис. 2, а, 6, в). У таких пил зубья наклонены, имеют форму треугольника с острым углом (рис. 2,г). Поэтому пилят этими инструментами только в одну сторону, куда наклонены зубья (обычно от себя). При обратном движении (на себя) пила не режет древесину, это «холостой» ход.
Рис. 2. Пилы для пиления древесины вдоль волокон: а- ножовка; б -лучковая; в – шиповая; г - форма зубьев
Но очень часто при работе некогда (или сложно) менять инструмент, хотя приходится пилить древесину и вдоль волокон, и поперек них, и наискось. Для этих целей пользуются пилами со смешанным зубом. Форма зуба -прямоугольный треугольник с прямым углом, направленным в сторону пиления.
Техника пиления. При пилении древесины вдоль волокон, как и при пилении поперек волокон, ширина пропила зависит от толщины полотна, высоты зубьев и их развода. Чем уже пропил, то есть чем тоньше полотно, мельче зубья и меньше развод, тем легче и быстрее работать.
Рис. 3. Пиление древесины вдоль волокон
Закрепляют заготовку в зажимах верстака и пилят по линиям разметки так, как это показано на рис. 3. Зубья пилы должны быть наклонены в сторону, противоположную руке, то есть от себя.
- Пиление древесины вдоль волокон
Если вы хоть раз готовили говяжьи стейки, то знаете, что их режут поперек волокон. Зачем это делать, и действительно ли поперечная нарезка делает мясо нежнее? В этой статье мы подробно разберемся, как правильно резать мясо для стейка .
Как правильно резать мясо: эксперимент
Вкусовые качества готового продукта во многом зависят не только от способа его приготовления, но и от правильности нарезки. В первую очередь это касается мясных продуктов. Прежде чем готовить стейк, тщательно осмотрите его и прощупайте. Определите, в какую сторону идут мышечные волокна, тонкие они или толстые, есть ли в них жировые прослойки. Если вы купили филейную часть, беспокоиться не о чем. Даже неправильная нарезка не особо ухудшит результат. А вот в случае с жесткими отрубами, от разделки мяса зависит то вкусным ли получится готовое блюдо.
Повара America’s Test Kitchen провели эксперимент, нарезав два разных по структуре стейка вдоль и поперек волокон. Это был стейк Стриплойн и Фланк стейк из пашины. Все стейки приготовили в сувиде. Подробнее о том, читайте в нашем блоге.
Готовые стейки имели прожарку Medium Rare. Далее использовался аппарат, измеряющий плотность материалов. С его помощью повара определили, что для Стриплойна, нарезанного поперек волокон, нужно приложить силу в 329 граммов, а для нарезанного вдоль – 590. Разница не так уж и велика. Чего не скажешь про . Для того, чтобы откусить нарезанный вдоль волокон стейк, нужно приложить в 5 раз больше усилий. Если не хотите мучиться, «распиливая» ножом кусок жесткого стейка, выбирайте качественное мясо. В интернет магазине мяса T-Bone вы сможете на любой вкус. Как правильно его разделать, читайте далее.
Как правильно резать мясо говядины на стейки
С направлением нарезки определились. Помните, что мясо в разных частях туши отличается жесткостью. Это стоит учитывать при выборе мяса на рынке. Обратитесь в розничный магазин мяса компании T-Bone. Профессиональные продавцы-консультанты подробно расскажут, какое мясо купить для жарки, а какое для тушения.
Если кратко: для стейка лучше , толстый или тонкий край. Конечно же вы можете сэкономить и купить ароматный отруб из пашины, но не забывайте, что его нужно хорошенько промариновать.
Как правильно резать мясо для жарки?
Сначала протрите его влажным полотенцем, зачистите от пленок и лишнего жира. Делайте это узким острым ножом. Аккуратно обрежьте все пленки и обильные скопления жирка, чтобы отруб получился ровным и условно гладким.
Теперь возьмите большой нож шефа, слегка прижмите говядину к доске для разделки и нарежьте поперек волокон на стейки толщиной 2,5-3 см. Не нужно слишком давить на нож. Разрезайте стейки одним энергичным движение «к себе».
Если же вы режете , держите нож под углом в 45°. Прорежьте мякоть под углом до кости, затем возьмите нож-пилу и распилите косточку. Рубить топориком не стоит, если не хотите потом собирать осколки кости. Промокните готовые стейки сухим полотенцем, убедитесь, что они согреты до комнатной температуры, и приступайте к приготовлению. Теперь вы знаете, как правильно резать мясо говядины. Удивляйте близких идеальными блюдами собственного приготовления.
В таблице приведены значения теплопроводности любого типа древесины независимо от породы дерева в зависимости от плотности при различной объемной влажности.
Данные приведены при положительных и отрицательных температурах вдоль и поперек волокон древесины.
Теплопроводность в таблице указана для древесины с плотностью (объемным весом) от 400 до 800 кг/м 3 . Теплопроводность дана при объемной влажности древесины в пределах от 0 до 30 %.
При увеличении плотности и влажности древесины ее теплопроводность возрастает, как вдоль, так и поперек волокон дерева. Значение теплопроводности древесины представлено в таблице в диапазоне от минимального до максимального. Размерность теплопроводности . Например, при положительных температурах и влажности 20%, максимальная теплопроводность древесины плотностью 400 кг/м 3 будет равна 0,438 Вт/(м·град).
Теплопроводность древесины поперек волокон при различной плотности и влажности
Представлены значения теплопроводности древесины поперек волокон при положительных и отрицательных температурах и при различной влажности.
Теплопроводность в таблице дана для древесины с объемным весом (плотностью) от 300 до 900 кг/м 3 .
Величина теплопроводности приведена при объемной влажности древесины в пределах от 0 (сухое дерево) до 30 %.
Теплопроводность древесины в таблице указана минимальная, средняя и максимальная для любой древесины поперек волокон в зависимости от плотности. Размерность теплопроводности .
Плотность дерева при температуре 20 °С
Приведена таблица плотности дерева различных пород при температуре 20°С . Плотности дерева в таблице дана в размерности 10 3 ·кг/м 3 , то есть в тоннах на метр кубический.
Указана плотность следующих пород: дерево сухое, атласное, пробковое дерево, бальза, бамбук, бук, береза, вишня, гикори, груша, дуб, ель канадская, железное (бакаут), ива, камедное, кедр, кизил, клен, красное (Гондурас, Испания), липа, лиственница, можжевельник, ольха, орех, осина, остролист, пихта, платан, рожковое, самшит, сандаловое, слива, сосна (белая, обыкновенная), тик (индийский, африканский), тополь, эбеновое дерево (черное), эльм, яблоня, ясень.
Плотность сухого дерева в таблице указана в некотором диапазоне, она зависит от породы и места вырубки. Например, плотность сосны имеет диапазон от 370 до 600 кг/м 3 ; плотность дуба равна 600…900 кг/м 3 ; плотность ели 480-700 кг/м 3 ; плотность березы 510…770 кг/м 3 . Следует отметить, что плотность дерева хвойных пород имеет величину соотносимую с древесиной лиственных пород.
По данным таблицы видно, что при нормальных условиях самой минимальной плотностью обладает пробковое дерево (бальза), плотность которого равна 110…140 кг/м 3 , а деревом с высокой плотностью является железное дерево (бакаут) и эбеновое дерево (черное). Плотность этого дерева равна 1110…1330 кг/м 3 , что даже больше .
Источники:
1. .
2. Франчук А.У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов, М.: НИИ строительной физики, 1969 — 142 с.
3. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.