Напряжения и деформации в древесине

Нормальные напряжения о, МПа, в образце длиной Е, см, и площадью поперечного сечения F, см², - это силы растяжения или сжатия Р, кгс, приходящиеся на единицу площади поперечного сечения

Силовые упругие относительные деформации удлинения или укоро­чения – это изменение длины образца (абсолютное удлинение или укоро­чение ДЕ) от действия в нём растягивающих или сжимающих напряжений, отнесённое к начальной длине образца

Напряжения σ и упругие относительные деформации ε связаны ме­жду собой однозначной зависимостью

где Е – коэффициент пропорциональности называемый модулем упруго­сти (МПа).

В высушиваемых древесных сортиментах в первую очередь высы­хают, а, следовательно, и усыхают наружные слои периферийной зоны и сжимают еще сырую древесину внутренней зоны, в результате чего цен­тральная зона оказывается в упругом сжатом состоянии, а периферийная – в упруго-растянутом. Под воздействием напряжений растяжения в наруж­ных слоях возникают либо трещины, либо остаточные деформации удли­нения. а в сжатой центральной зоне – остаточные укорочения.

Во вторую очередь начинает высыхать центральная зона сортимента. Напряжения при этом снижаются. Однако, к тому моменту, когда внутрен­няя зона усохнет на ту же величину, что и периферийная, в них опять разо­вьются напряжения, но уже обратного знака: растяжения в центральной зоне, а сжатия – в периферийной. Причиной их появления и являются ос­таточные деформации, развившиеся в начале процесса (при усушке пери­ферийной зоны) и приведшие к тому, что к концу процесса ранее усохшие, но частично необратимо удлинившиеся слои периферийной зоны оказы­ваются в упругом сжатом состоянии, а ранее частично укоротившиеся и затем усохшие слои внутренней зоны – в упругом растяжении (на очень долгое время). Чтобы снять остаточные напряжения необходимо укоротить слои периферийной зоны, т.е. развить в ней новые остаточные деформа­ции укорочения, равные сумме начальных остаточных деформаций (удли­нения периферийной и укорочения центральной зон). Это делают влаго-теплообработкой – увлажнением периферийной зоны сортиментов, напри­мер, путем их пропаривания, с дальнейшей подсушкой.

Коробление древесины – это изменение заданной формы материала при сушке, выпиловке и хранении вследствие анизотропии усушки. Струк­турное коробление сортиментов наблюдается как в поперечном, так и в продольном направлениях. Поперечное коробление предопределяется раз­личием величины радиальной и тангенциальной усушки (рис. 1.23). Продо­льная покоробленность возникает из-за различия в усушке по длине воло­кон. Покоробленность по кромке и пласти дают разные по строению дре­весины участки доски с меньшей или большей усушкой вдоль волокон (крень). Спиральное коробление – крыловатость – появляется у древесины с наклоном волокон. Поперечную, желобчатую и продольную покороблен­ность измеряют по максимальной стреле прогиба, а крыловатость – по наибольшему отклонению поверхности доски от плоскости. Поперечное коробление возникает при сушке из-за неравномерного распределения влажности по сечению сортимента. Наконец, в сухом материале при не­симметричном его строгании происходит коробление из-за нарушения равновесия остаточных напряжений и в брёвнах при их распиловке (если были там напряжения). Древесные материалы во избежание их коробления целесообразно сушить в зажатом состоянии.

Растрескивание древесины происходит в тех случаях, когда внутрен­ние напряжения достигают предела прочности на разрыв поперёк волокон. Опасные напряжения растяжения наружных слоев древесины на первом этапе сушки приводят к образованию поверхностных пластевых трещин.

Опасные растягивающие напряжения в центральной зоне в конце процесса сушки приводят к образованию внутренних свищей. Для предотвращения растрескивания древесины необходимо снижать усушку периферийной зо­ны сортимента, снижая перепад гигроскопической влаги по его толщине, снижая интенсивность сушки, проводя процесс по рациональным, безо­пасным, научно и практически обоснованным режимам сушки.