Физические
и механические свойства
древесины.
Особенности
древесины применительно
к конструированию мебели определяются, главным образом , ее
физическими и механическими свойствами.
Физические свойства
древесины
характеризуются её внешним видом
(цвет,
блеск, текстура), плотностью, влажностью, гигроскопичностью,
теплоёмкостью и др. Древесину как материал используют в
натуральном виде (лесоматериалы, пиломатериалы), а также после
специальной физико-химической обработки.
Важное декоративное свойство и
диагностический
признак -
цвет
древесины.,
характеристики которого изменяются в широких пределах (цветовой тон
578-585 нм, чистота цвета 30-60%, светлота 20-70%).
Блеск
наблюдается у древесины некоторых лиственных пород, особенно
на
радиальном
разрезе. Текстура - рисунок древесины, образующийся при перерезании
анатомических элементов ее структуры, - особенно эффектна у лиственных
пород.
Механические
свойства древесины
характеризуют ее способность
сопротивляться
воздействию внешних сил (нагрузок). К
ним относятся прочность, твердость, деформативность, ударная
вязкость.
Прочность
Прочностью называется способность
древесины
сопротивляться разрушению
под действием механических нагрузок. Она зависит от направления
действующей нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия
пороков и характеризуется пределом прочности - напряжением, при котором
разрушается образец.
Различают основные виды действия
сил: растяжение,
сжатие, изгиб,
скалывание.
Твердость
Твердостью называется способность древесины сопротивляться внедрению в
нее более твердых тел.
Основные
прочностные показатели древесины
сравнительно по породам (
при
влажности 12 процентов) , приведены в следующей
таблице
Порода
|
Плотность
|
Предел прочности,
МПа при |
Твердость
|
Модуль
упру -
|
| древесины |
кг/
куб.м |
статическ.
изгибе |
сжатии
вдоль
волокон |
растяж.
вдоль
волокон
|
скалывании
вдоль
волокон |
Н/кв. мм
|
гости
при
изгибе, |
|
|
|
|
|
рад.
|
танг.
|
торц.
|
рад.
|
танг.
|
ГПа
|
Акация
белая
|
800
|
148
|
73,1
|
171
|
13,2
|
14,7
|
94,2
|
66,2
|
75,9
|
16,3
|
Береза
|
640
|
109,5
|
54,0
|
136,5
|
9,02
|
10,9
|
46,3
|
35,9
|
32,1
|
14,2
|
Бук
|
680
|
104
|
52,9
|
124
|
12,1
|
14,0
|
65,1
|
53,2
|
49,5
|
12,4
|
Вяз
|
650
|
92,4
|
45,6
|
84,5
|
8,85
|
9,91 |
54,7 |
41,2 |
41,1 |
10,1
|
Граб
|
795
|
127,7
|
60,9
|
128,5
|
14,7
|
18,5
|
88,4
|
75,9
|
78,1
|
3,2
|
Груша
|
710
|
106
|
57,7
|
-
|
8,58
|
13,3
|
77,0
|
57,7
|
58,9
|
11,9
|
Дуб
(грузинск.)
|
780
|
87,3
|
55,9
|
-
|
10,7
|
12,7
|
57,3
|
48,2
|
52,8
|
-
|
Ель
|
445
|
78,6
|
45,0
|
101
|
6,83
|
6,72
|
39,2
|
17,5
|
17,8
|
9,60
|
Ива
|
455
|
70,7
|
38,2
|
99,1
|
7,26
|
10,3
|
27,4
|
20,9
|
20,7
|
8,98
|
Клен
|
690
|
115
|
58,5
|
-
|
12,0
|
13,7
|
73,8
|
54,1
|
57,4
|
11,9
|
Липа
|
495
|
86,4
|
45,8
|
117
|
8,42
|
8,00
|
25,0
|
16,7
|
17,4
|
8,94
|
Лиственница
|
665
|
108,8
|
61,5
|
124
|
9,78
|
9,11
|
42,0
|
31,5
|
33,4
|
14,3
|
Ольха
|
525
|
78,9
|
44,5
|
97,3
|
7,97
|
9,80
|
39,2
|
26,5
|
28,2
|
9,33
|
Орех
грецкий
|
590
|
108
|
55,4
|
-
|
10,7
|
11,4
|
62,0 |
-
|
-
|
11,7
|
Осина
|
495
|
76,5
|
43,1
|
121
|
6,15
|
8,42
|
25,8 |
18,7 |
19,6
|
11,2
|
Пихта
сибирск.
|
375
|
67,9
|
40,0
|
66,3
|
5,87
|
5,71
|
27,4
|
15,1
|
14,2
|
9,02
|
Сосна
обыкн.
|
505
|
84,5
|
46,3
|
102
|
7,44
|
7,23
|
28,4
|
22,5
|
23,2
|
12,2
|
Тополь
|
455
|
68,0
|
40,0
|
87,8
|
5,96
|
7,15
|
26,7
|
18,5
|
-
|
10,3
|
Ясень
обыкн.
|
680
|
118
|
56,2
|
140
|
13,4
|
13,0
|
78,3
|
57,1
|
65,1
|
11,9
|
Сокращения : рад. -
радиальный, танг. -
тангенциальный,
торц. - торцовый
По твердости торцевой
поверхности древесина
разделяется
на три группы - мягкие - 40 Н/кв. мм, твердые 41- 80, и очень
твердые - более 80 Н/кв. мм.
Источник : "
Справочное пособие по деревообработке" , В.В. Кислый, П.П.Щеглов и др.
издание "Бриз", 1995 г.г.
Как видно из
таблицы, прочностные
свойства
древесины зависят от ее плотности.
На величину прочности и твердости оказывает большое влияние и влажность
древесины. При увеличении влажности, прочность и твердость материала
существенно
снижаются. Например, у большинства пород при увеличении
влажности
с 12 до 30 процентов, предел прочности на изгиб уменьшается в 1,6 - 1,7
раза, а торцевая твердость - в 1,5 - 2 раза и
более.
Прочностные показатели древесины, вследствие ее выраженной
анизотропии, существенно зависят от направления
приложения
нагрузки. Например, твердость торцовой поверхность выше тангенциальной
и радиальной на 30 - 40 %.
По удельной прочности при
растяжении вдоль
волокон ,
т.е. прочности приведенной к единице массы , древесина не уступает
конструкционной стали и дюралюминию, см. таблицу
Сравнительная
удельная прочность некоторых
конструкционных материалов
Материал
|
Плотность
1000
кг/м3
|
Предел
прочности
при растяжении
МПа
|
Модуль
упругости,
ГПа
|
Удельная
прочность,
МПа
|
Удельная
жесткость,
ГПа
|
Сосна
вдоль волокон
при влажности 12%
|
0,5
|
102,0
|
12,8
|
201,0
|
25,6
|
Ясень
вдоль волокон
при влажности 12 %
|
0,68
|
140,0
|
16,1
|
205,9
|
23,5
|
Береза
вдоль волокон
при влажности 12 %
|
0,63
|
137,0
|
18,7
|
217,5
|
29,7
|
Сталь 3
|
7,85
|
400,0
|
210,0
|
51,0
|
26,8
|
Сталь 35
ХГСА
|
7,85
|
1650,0
|
210,0
|
210,0
|
26,8
|
Дюралюминий
Д-16
|
2,8
|
490
|
70,0
|
175,0
|
25,0
|
Важным
конструктивным показателем
древесины
является коэфициент
разбухания (определяемый в процентах на процент
влажности), котрый для указанных в таблице пород
находится
в следующих пределах:
-
в радиальном направлении от 0,11 до 0,29,
-
в тангенциальном направлении - от 0,26 до 0,38
-
в объеме от 0,39 до 0,65.
Свойства
природной
древесины могут быть существенно изменены путем специальных ее
обработок, называемых модификацией.
Иллюстрации к
методам
определения основных прочностных показателей
древесины см.
на http://www.wood.ru/ru/index.php3?reg=1&pag=lpsmeh
Перечень
стандартов на
основные методы испытаний древесины
Номер
стандарта
|
стр.
|
Наименование
стандарта
|
| ГОСТ
16483.0-89 |
11
|
Древесина.
Общие
требования к физико-механическим испытаниям Wood. General requirements
to physical and mechanical tests |
| ГОСТ
16483.1-84 |
7
|
Древесина.
Метод
определения плотности Wood. Method for determination of density |
| ГОСТ
16483.10-73 |
7
|
Древесина.
Методы определения предела прочности при сжатии вдоль волокон Wood.
Methods for determination of ultimate strength in compression parallel
the grain |
| ГОСТ
16483.11-72 |
6
|
Древесина.
Метод определения условного предела прочности при сжатии поперек
волокон Wood. Method for determination of conventional ultimate
strength in compression perpendicular to grain |
| ГОСТ
16483.12-72 |
4
|
Древесина.
Метод определения предела прочности при скалывании поперек волокон
Wood. Method for determination of ultimate strength in shearing
perpendicular to grain |
| ГОСТ
16483.13-72 |
4
|
Древесина.
Метод определения предела прочности при перерезании поперек волокон
Wood. Method for determination of ultimate strength in cutting
perpendicular to grain |
| ГОСТ
16483.14-72 |
7
|
Древесина.
Методы
испытаний на разбухание Wood. Methods for swelling testing |
| ГОСТ
16483.15-72 |
5
|
Древесина.
Метод
определения водопроницаемости Wood. Determination method of
watertightness |
| ГОСТ
16483.16-81 |
7
|
Древесина.
Метод
определения ударной твердости Wood. Method for determination of impact
hardness |
| ГОСТ
16483.17-81 |
7
|
Древесина.
Метод
определения статической твердости Wood. Method for determination of
static hardness |
| ГОСТ
16483.18-72 |
4
|
Древесина.
Метод определения числа годичных слоев в 1 см и содержания поздней
древесины в годичном слое Wood. Method for determination the number of
annual rings in 1 cm and content of latewood in an annual ring |
| ГОСТ
16483.19-72 |
3
|
Древесина.
Метод
определения влагопоглощения Wood. Determination method of moisture
absorption |
| ГОСТ
16483.2-70 |
6
|
Древесина.
Метод определения условного предела прочности при местном смятии
поперек волокон Wood. Method for determination of conventional ultimate
strength in local compression perpendicular to grain |
| ГОСТ
16483.20-72 |
3
|
Древесина.
Метод
определения водопоглощения Wood determination method of water absorption |
| ГОСТ
16483.21-72 |
5
|
Древесина.
Методы отбора образцов для определения физико-механических свойств
после технологической обработки Wood. Methods of testing for
determination of physico-mechanical characteristics after technological
treatment |
| ГОСТ
16483.22-81 |
4
|
Древесина.
Метод
определения сопротивления раскалыванию Wood. Method of cleavage
strength determination |
| ГОСТ
16483.23-73 |
4
|
Древесина.
Метод определения предела прочности при растяжении вдоль волокон Wood.
Method for determination of ultimate strength in tension along the grain |
| ГОСТ
16483.24-73 |
4
|
Древесина.
Метод определения модуля упругости при сжатии вдоль волокон Wood.
Determination method of modulus of elasticity in compression along
fibres |
| ГОСТ
16483.25-73 |
6
|
Древесина.
Метод определения модуля упругости при сжатии поперек волокон Wood.
Determination method of modulus of elasticity in commpression across
fibres |
| ГОСТ
16483.26-73 |
7
|
Древесина.
Метод определения модуля упругости при растяжении вдоль волокон Wood.
Determination method of modulus of elasticity in tension along fibres |
| ГОСТ
16483.27-73 |
7
|
Древесина.
Метод определения модуля упругости при растяжении поперек волокон Wood.
Determination method of modulus of elasticity in tension along fibres |
| ГОСТ
16483.28-73 |
6
|
Древесина.
Метод определения предела прочности при растяжении поперек волокон
Wood. Method for determination of ultimate tensile strength across the
grain |
| ГОСТ
16483.29-73 |
7
|
Древесина.
Метод определения коэффициентов поперечной деформации Wood. Method for
determination of factors of cross-sectional deformation |
| ГОСТ
16483.3-84 |
6
|
Древесина.
Метод
определения предела прочности при статическом изгибе Wood. Method of
static bending strength determination |
| ГОСТ
16483.30-73 |
7
|
Древесина.
Метод
определения модулей сдвига Wood. Method for determination of modulus of
shear |
| ГОСТ
16483.31-74 |
8
|
Древесина.
Резонансный метод определения модулей упругости и сдвига и декремента
колебаний Wood. Resonance method for determination of modulus of
elasticity and shear and decrement vibrations |
| ГОСТ
16483.32-77 |
6
|
Древесина.
Метод
определения предела гигроскопичности Wood. Method for determination of
ultimate hygroscopicity |
| ГОСТ
16483.33-77 |
7
|
Древесина.
Метод определения удельного сопротивления выдергиванию гвоздей и
шурупов Wood. Method for determination of resistivity to nail and
woodscrew withdrawal |
| ГОСТ
16483.34-77 |
7
|
Древесина.
Метод
определения газопроницаемости Wood. Method of gas permeability
determination |
| ГОСТ
16483.35-88 |
7
|
Древесина.
Метод
определения разбухания Wood. Method for determination of swelling |
| ГОСТ
16483.37-88 |
7
|
Древесина.
Метод
определения усушки Wood. Method for determination shrinkage |
| ГОСТ
16483.39-81 |
7
|
Древесина.
Метод
определения показателя истирания Wood. Method for determination of
wear-proofness index |
| ГОСТ
16483.4-73 |
5
|
Древесина.
Методы
определения ударной вязкости при изгибе Wood. Methods for determination
of impact bending strength |
| ГОСТ
16483.5-73 |
7
|
Древесина.
Методы определения предела прочности при скалывании вдоль волокон Wood.
Methods for determination of ultimate shearing strength parallel to
grain |
| ГОСТ
16483.6-80 |
7
|
Древесина.
Метод отбора модельных деревьев и кряжей для определения
физико-механических свойств древесины насаждений Wood. Method of
selection of model trees and logs for determination of physical and
mechanical properties of wood plantations |
| ГОСТ
16483.7-71 |
4
|
Древесина.
Методы
определения влажности Wood. Methods for determination of moisture
content |
| ГОСТ
16483.9-73 |
7
|
Древесина.
Методы определения модуля упругости при статическом изгибе Wood.
Methods for determination of modulus of elasticity in static bending |
| ГОСТ
16543-71 |
6
|
Деревообрабатывающее
оборудование. Станки круглопильные обрезные. Основные параметры Edgihg
saws. Basic parameters |
| ГОСТ
16588-91 |
8
|
Пилопродукция
и деревянные детали. Методы определения влажности Sawn products and
wooden details. Methods for determining moisture content |
| ГОСТ
21554.1-81 |
12
|
Пиломатериалы
и заготовки. Методы определения модуля упругости при статическом изгибе
Sawn timber and blanks. Methods for determination of modulus of
elasticity in static bending |
| ГОСТ
21554.2-81 |
9
|
Пиломатериалы
и заготовки. Метод определения предела прочности при статическом изгибе
Sawn timber and blanks. Method for determination of ultimate strength
in static bending |
| ГОСТ
21554.3-82 |
8
|
Пиломатериалы
и заготовки. Метод контроля прочности при изгибе, растяжении и сжатии
Sawn timber and blanks. Method for control of strength by mobulus of
elasticity in static bending |
| ГОСТ
21554.4-78 |
4
|
Пиломатериалы
и заготовки. Метод определения предела прочности при продольном сжатии
Sawn timber and semi-manufactures. Method for determining the ultimate
strength in comression parallel to grain |
| ГОСТ
21554.5-78 |
14
|
Пиломатериалы
и заготовки. Метод определения предела прочности при продольном
растяжении Sawn timber and semi-manufactures. Method for determining
the ultimate strength in tension parallel to grain |
| ГОСТ
21554.6-78 |
9
|
Пиломатериалы
и заготовки. Метод определения предела прочности при скалывании вдоль
волокон Sawn timber and semi-manufactures. Method for determining the
ultimate strength in shearing parallel to grain |
Источник
http://www.doc.softkompas.ru/20
Наука изучающая свойства
древесины называется
древесиноведение. По этой дисциплине написано большое количество книг и
трудов.
Зарубежные
материалы
on-line ,
смотреть из книги Forest
Products Laboratory.
1999. Wood handbook--Wood
as an
engineering material. Gen. Tech. Rep. FPL-GTR-113. Madison, WI: U.S.
Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory,
англ..
463 стр. ссылка https://dwg.ru/dnl/5103
Mechanical
Properties of Wood , David W. Green, Jerrold E. Winandy, and David
E. Kretschmann (PDF
1.2 MB , на английском языке, объем текста 46 страниц ,
включая
таблицы и иллюстрации). Данные приведены
по важнейшим американским породам и
породам
импортируемым в США, ссылка https://www.fpl.fs.fed.us/documnts/fplgtr/fplgtr190/chapter_05.pdf
Американские статьи по различным вопросам,
касающимся свойств древесины и древесных материалов см. на
сайте Forest Product laboratory https://www.fpl.fs.fed.us
Составил
Абушенко Александр Викторович
сентябрь
2003
|
