Исследование величины раскрытия трещин древесины при статистических нагрузках для повышения безопасности сооружений

• Автор: Тутурин, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 05.26.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
Глава 1. Состояние изученности прочности древесины
1.1. Общие положения
1.2. Исследования древесины методами линейной и нелинейной механики разрушения
1.3. Исследования влияния внешних факторов на
распространение трещины в древесине
Глава 2. Методика определения трещиностойкости древесины
2.1. Общие предпосылки
2.2. Материалы, образцы и испытательное оборудование
2.3. Анализ распределения напряжений в образце,
испытываемом на сосредоточенный изгиб
Глава 3. Результаты испытаний
3.1. Обработка полученных результатов
3.2. Анализ экспериментальных данных
Глава 4. Теоретические исследования
4.1. Общие предпослыки
4.2. Результаты исследований
4.2.1. Критерий разрушения древесины при плоской деформации
4.2.2. Оценка полученных результатов
Заключение
Список используемой литературы
Приложения
Список обозначений, встречающихся в работе
Введение

Актуальность темы. Многие миллионы гектаров лесов густым зеленым ковром покрывают нашу планету. Древесина, при рациональном ее использовании, является неограниченным возобновляемым сырьевым источником. Она обладает множеством незаменимых качеств, например, благоприятным воздействием на организм человека, в отличие от других строительных материалов. Неудивительно, что в последние годы интерес к дереву, как к конструкционному материалу вновь начал расти. Проводится множество исследований, направленных в первую очередь на усовершенствование существующих подходов к расчету деревянных конструкций, с целью обеспечить их надежность, рациональнее использовать материалы, находить новые области применения древесины.
Древесина представляет собой сложный органический материал, обладающий ярко выраженной анизотропией. Ее механические свойства отличаются в различных направлениях и зависят от угла между направлением действующего усилия и направления волокон. Если линия действия силы совпадает с направлением волокон, то прочность древесины достигает максимального значения, если сила действует под большим углом к волокнам, прочность будет в несколько раз меньше.
В настоящее время расчет деревянных конструкций производится по методу предельных состояний. Он в некоторой степени учитывает анизотропию свойств древесины в различных направлениях, но не в состоянии описать особенности микроструктуры дерева, например, наличие пороков (косослоя, сучков и т.п.), различие в свойствах у ранней и поздней древесины и т.д. Такие флуктуации имеют существенное значение, изменяя напряженное состояние в непосредственной от себя близости, приводя к местной дислокации напряжений и возникновению микротрещин.

Появляется необходимость в выработке принципиально новых подходов при анализе напряженного состояния, способных более точно описывать особенности строения сложных анизотропных материалов, в том числе и древесины.
Одним из таких направлений можно считать механику твердого деформированного тела, позволяющую исследовать микроструктуру материала.
Бурный рост механика разрушения получила лишь в последние десятилетия, хотя одно из основных ее уравнений было получено Гриффитсом еще в двадцатые годы.
Необходимо также отметить, что исследование деревянных конструкций методами механики разрушения ведется, в основном, на экспериментальном уровне сравнительно небольшим количеством ученых, причем до настоящего времени не существует единой теории, позволяющей наиболее точно и полно описать процессы, происходящие в древесине при разрушении С].
Таким образом, целью представленной работы является исследование прочностных характеристик различных пород древесины при действии статических монотонных и циклических нагрузок.
Для достижения поставленной цели в ходе работы решаются следующие основные задачи.
- обобщение результатов исследования поведения древесины при статических нагрузках в зависимости от внешних условий;
- разработка методики определения трещиностойкости древесины;
- выбор типа образцов для проведения испытаний;
- выбор наиболее опасных в реальных условиях типов раскрытия трещины и систем трещин;
- анализ процесса роста трещины при действии статических нагрузок у различных пород древесины;
- анализ напряженного и деформированного состояния в вершине тре-

Размеры образцов из ели существенно отличались от остальных пород, Ь = 34,90 - 34,95, а й - 32,30 и у одного образца 16, 55 мм.
Таким образом, отношение ширины образца к длине усталостной трещины Ь/а у дуба и тополя соответствовало рекомендациям [24] по проведению испытаний и составляло «1 3, у ели не соответствовало общепринятым методикам ~ 114.
Геометрические размеры, вес, максимальная разрушающая нагрузка, максимальный прогиб по всем проведенным экспериментам сведены в таблицы 4-6.
Обработка результатов проводилась в несколько этапов: первоначально по значениям разрушающей нагрузки Р, прогиба и и раскрытия трещины #К строились пошаговые графические зависимости этих величин; каждому новому шагу приложения нагрузки соответствует точка на кривых Р, #К и и. (Рис. 10-21)
Графики на рис. 10, 13, 16, 19 строились в полулогарифмическом масштабе.
На рис. 19-21 представлены графики изменения этих же величин при циклической нагрузке у тополя.
Если из графиков (рис. 10-21) удалить общий параметр, называемый "порядковый номер приложения нагрузки", то можно графически вычислить величину работы внешних сил, затраченную на разрушение образца. На рис. 22-24 представлены диаграммы зависимостей "нагрузка - перемещение" (Г - И), нагрузка -раскрытие трещины (Р - Я), полученные из испытаний древесины дуба (рис. 22), ели (рис. 23) и тополя (рис. 24). По диаграмме "нагрузка - перемещение" были определены величины работы, путем нахождения интеграла:
¥ -/Р (11) сШ.
На рис. 22в, 23в, 24в приведены также кривые зависимости величины работы внешних сил от перемещения точки
приложения силы (прогиба).
На третьем этапе проводилось вычисление критической энергии разрушения С]с по формуле:
С1с = (¥ + тёи)/АП7
где У/ - работа внешних сил;
g - ускорение свободного падения;