Вътрешни напрежения в дървото по време на сушене - Студиопедия
Вътрешните напрежения са напрежения, които не са свързани с въздействието на външни натоварвания върху тялото, а се дължат на нехомогенни деформации, действащи под въздействието на различни причини вътре в това тяло.
Основната причина за възникването на вътрешни напрежения в дървото по време на сушенето му е неравномерното разпределение на влагата и свързаното с това неравномерно свиване по обема на материала.
Помислете как вътрешните напрежения възникват и се развиват в дървото. За да опростим, въвеждаме следните допускания: считаме, че свиването на дървесината в тангенциалната и радиалната посока е еднакво; движението на влага в материала става само по дебелината му; размерите на асортимента (таблата) се променят само по ширината му; не се взема предвид разположението на годишните пръстени по напречното сечение на сортимента, което може да бъде много разнообразно.
На фиг. 4.9,aпоказва най-характерните криви на разпределение на влагата по дебелината на изсушения сортимент, съответстващи на различни моменти от процеса. В началния момент, докато съдържанието на влага в целия обем на асортимента е над границата на насищанеWp.n, няма свиване и напрежение. Те се появяват в момента1, когато повърхностната влажност падне подWp.n(крива1). Повърхностните слоеве са склонни да изсъхват; намали размера си. Но това желание е възпрепятствано от вътрешните слоеве, чието свиване все още не е започнало, което създава напрегнато състояние в дървото.
Ако от изсушения асортимент изрежете крайна плоча, така наречената секция и я разделите на няколко слоя според дебелината съгласно схемата на фиг.4.9,b, тогава чрез сравняване на размерите на цялата секция и нейните слоеве можете да определите какъв знак имат напреженията в различните зони по дебелината на асортимента.Моментът1съответства на формата на сечението, разделено на слоеве, показано на фигура 4.9,b. Освободените от взаимно свързване слоеве на сечението имат размери, съответстващи на действителната им влажност: вътрешните слоеве - първоначалния размер по ширинав0, а повърхностните - по-къс номинален размервнпоради образуването на свиванеUp[*]в тях. Целият разрез, неразделен на слоеве (както и асортиментът) има реален размер по ширинаvd, който е по-голям от размера на повърхностните слоеве, но по-малък от размера на вътрешните слоеве в свободно състояние. Следователно повърхностните слоеве на асортимента изпитват напрежения на опън, докато вътрешните слоеве изпитват напрежения на натиск.
Ориз. 4.9. Схеми за развитие на деформации и напрежения при сушене
В началния етап на процеса напреженията са приблизително пропорционални на свободното свиване на повърхностните слоеве, а последното от своя страна се определя от разликата в хигроскопичната влага (=Wp.n-Wp), т.е. разликата между границата на насищане на клетъчната стена и повърхностното съдържание на влага на материала.
Ако дървото беше идеално еластичен материал със стабилен модул на еластичност, който не зависи от влагата, тогава вътрешните напрежения, които се появяват в него в първия етап на процеса, впоследствие постепенно ще намаляват с намаляване на разликата във влагата и накрая ще изчезнат, когато влажността най-накрая се изравни и размерите на вътрешния и външния слой ще бъдат еднакви. Но дървото е еластично-пластичен материал. От самото начало на възникване на вътрешните напрежения в дървото, наред с еластичните се появяват и остатъчни деформации. Появата на остатъчни деформации е характерна за дърво, което е подложено на напрежение продължително време, дори когато естабилна влажност. Но освен това, когато напрегнатата дървесина изсъхне, еластичните деформации в нея се израждат в остатъчни, поради факта, че с намаляване на влажността модулът на нейната еластичност намалява значително.
В началния етап на процеса, когато мокрото нагрято дърво има повишена гъвкавост, в повърхностните слоеве се появяват остатъчни деформации на удължение под въздействието на действащите в тях напрежения на опън, а във вътрешните слоеве, напротив, остатъчни деформации на скъсяване. Следователно, в края на процеса (момент3) свиването в повърхностните слоевеYn(където са действали напреженията на опън) ще бъде по-малко от свиването вътре в асортиментаUc(където са действали напреженията на натиск). Разрезът, нарязан на слоеве, ще има формата, показана на фиг. 4.9,e, от което става ясно, че номиналният (свободен) размер на повърхностните слоеве ще бъде по-голям от свободния размер на вътрешните слоеве и в дървото ще се появят напрежения на натиск върху повърхността и напрежения на опън вътре. Така по време на процеса на сушене знакът на напрежението се променя.
Състоянието на дървото, съответстващо на формата на сечението съгласно фиг. 4.9,r, е типичен за някакъв междинен момент2(крива на разпределение на влажността2). В този момент напреженията в дървото изчезват и след това до края на сушенето се увеличават, променяйки знака си. Причината за това е развитието на остатъчни деформации в дървесината.
Вътрешните напрежения, възникващи без прилагане на външни натоварвания, винаги се балансират в рамките на дадено тяло. За да бъдат открити, е необходимо да се наруши този баланс, като се раздели пробата на части. Всяка такава част ще се стреми към ново равновесно състояние, което е възможно само поради нейната деформация. В секция, нарязана на тънки слоеве (виж Фиг. 4.9,b,e) деформациите се проявяват главно под формата на удължаване и скъсяване на слоевете. В секция, нарязана или разцепена, например наполовина, се извършват предимно деформации на огъване. В началото на процеса (момент1) сечението се деформира съгласно фиг. 4.9,в, в края на процеса (момент3) – съгласно фиг. 4.9,e.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: