Тангенциальные образцы что это
ГОСТ 8479-70 Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Общие технические условия
1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
1.1. Поковки должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по чертежам, утвержденным в установленном порядке, и нормативно-технической документации на конкретную продукцию. Поковки по видам испытаний разделяются на группы, указанные в табл. 1.
(Измененная редакция, Изм. № 3).
1.2. Отнесение поковки к той или иной группе производится потребителем, номер группы указывается в технических требованиях на чертеже детали.
3. По требованию потребителя сдача поковок должна производиться с дополнительными видами испытаний, не предусмотренными настоящим стандартом (проверка на флокены, проба по Бауману, ультразвуковой и перископический контроль, определение величины остаточных напряжений, предела текучести при рабочих температурах, определение ударной вязкости при рабочих и отрицательных температурах, макро- и микроанализ структуры стали, проба на загиб, определение величины зерна и др.). В этом случае поковки также относятся к одной из групп: II, III, IV и V в соответствии с табл. 1.
Таблица 1
Группа поковок
Виды испытаний
Условия комплектования партии
Сдаточные характеристики
Поковки одной или разных марок стали
Поковки одной марки стали, совместно прошедшие термическую обработку
Поковки одной марки стали, прошедшие термическую обработку по одинаковому режиму
1. Испытание на растяжение
2. Определение ударной вязкости
3. Определение твердости
Поковки одной плавки стали, совместно прошедшие термическую обработку
1. Испытание на растяжение
2. Определение ударной вязкости
3. Определение твердости
Принимается индивидуально каждая поковка
1. Исключено.
2. Поковками, совместно прошедшими термическую обработку в проходных печах, считаются поковки последовательно загружаемые в печь без разрыва.
3. Потребитель имеет право назначать иные сочетания сдаточных характеристик для поковок IV и V групп вместо установленных табл. 1.
4. Разрешается определение твердости поковок V группы производить на образцах для механических испытаний. (Измененная редакция, Изм. № 1, 2).
Вид, объем, нормы и методы дополнительных испытаний указываются в чертеже поковки или заказе.
Примечание. Группу качества поковок по результатам ультразвукового контроля устанавливают в соответствии с ГОСТ 24507-80.
(Измененная редакция, Изм. № 1, 3).
1.4. (Исключен, Изм. № 2).
1.5. Исходным материалом для изготовления поковок могут служить слитки, обжатые болванки (блюмсы), кованые или катаные заготовки, а также заготовки с установок непрерывной разливки стали (УНРС) и различные виды проката.
1.6. Поковки изготовляются из углеродистой, низколегированной и легированной стали и по химическому составу должны соответствовать требованиям ГОСТ 380-88, ГОСТ 1050-74, ГОСТ 19281-73, ГОСТ 4543-71 и другим действующим стандартам или техническим условиям.
Рекомендуемые марки стали в зависимости от диаметра (толщины) поковок и требуемой категории прочности после окончательной термической обработки приведены в приложении.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
1.7. Размеры поковок должны учитывать припуски на механическую обработку, допуски на размеры и технологические напуски для поковок, изготовляемых ковкой на прессах по ГОСТ 7062-79, изготовляемых ковкой на молотах по ГОСТ 7829-70 и изготовляемых горячей штамповкой по ГОСТ 7505-74, а также напуски на пробы для контрольных испытаний. Допускается для поковок массой свыше 100 т, изготовляемых ковкой на прессах, припуски и напуски устанавливать в нормативно-технической документации на конкретную поковку. (Измененная редакция, Изм. № 2).
1.8. (Исключен, Изм. № 1).
1.9. По механическим свойствам поковки, поставляемые после окончательной термической обработки, разделяются на категории прочности. Категории прочности, соответствующие им нормы механических свойств, определяемые при испытании на продольных образцах, и нормы твердости приведены в табл. 2. Нормы твердости для поковок II и III групп и категории прочности для поковок IV и V групп устанавливаются по соглашению изготовителя с потребителем. Марка стали устанавливается по соглашению изготовителя с потребителем и указывается на чертеже детали и поковки.
По требованию потребителя временное сопротивление должно быть выше указанной в табл. 2 для заданной категории прочности, не более:
120 МПа (12 кгс/мм2) при требуемом sв менее 600 МПа (60 кгс/мм2),
150 МПа (15 кгс/мм2) при требуемом sв 600-900 МПа (60-90 кгс/мм2),
200 МПа (20 кгс/мм2) при требуемом sв более 900 МПа (90 кгс/мм2).
(Измененная редакция, Изм. № 2).
Таблица 2
Категории прочности
Механические свойства, не менее
Твердость по Бринеллю
(на поверхности поковок)
Предел текучести s0,2
Временное сопротивление sВ
Относительное удлинение d5, %
Относительное сужение
y, %
Ударная вязкость, KCU, Дж/мм 2 ´ 10 4 (кгс × м/см 2 )
Диаметр (толщина) поковки сплошного сечения
Число твердости НВ
1. Категория прочности обозначается буквами КП и цифрой, указывающей предел текучести.
2. (Исключено, Изм. № 2).
3. По согласованию между изготовителем и потребителем допускается определять вместо условного предела текучести (s0,2) физический предел текучести (sТ) с соблюдением норм для (s0,2), указанных в табл. 2.
4. За толщину (диаметр) поковки принимают ее расчетное сечение под термическую обработку.
(Измененная редакция, Изм. № 3).
1.10. По согласованию изготовителя с потребителем для поковок IV и V групп могут быть назначены повышенные нормы пластических свойств и ударной вязкости по сравнению с указанными в табл. 2. В этом случае при категории прочности ставится дополнительно буква С (специальные), а на чертеже поковки записываются требуемые характеристики. (Измененная редакция, Изм. № 1, 2).
1.11. При определении механических свойств поковок на поперечных, тангенциальных или радиальных образцах допускается снижение норм механических свойств по сравнению с приведенными в табл. 2 на величины, указанные в табл. 3.
Таблица 3
Показатели механических свойств
Допускаемое снижение норм механических свойств, %
для поперечных образцов
для радиальных образцов
для тангенциальных образцов
поковок диаметром до 300 мм
поковок диаметром св. 300 мм
Временное сопротивление разрыву
Примечание. Для поковок типа колец, изготовляемых раскаткой, нормы механических свойств, полученных при испытании тангенциальных образцов, устанавливаются по нормам для предельных образцов.
1.12. Примеры условных обозначений
Гр. 1 ГОСТ 8479-70.
Поковки группы II (III) с твердостью НВ 143-179:
Гр. II (III) НВ 143-179 ГОСТ 8479-70.
Поковки группы IV (V) с категорией прочности КП 490:
Гр. IV (V) КП 490 ГОСТ 8479-70;
(Измененная редакция, Изм. № 2).
1.14. На поковках из углеродистой и низкоуглеродистой стали при глубине поверхностных дефектов, превышающих фактический односторонний припуск на механическую обработку, допускается удаление дефектов пологой вырубкой с последующей заваркой. Допускаемая глубина заварки должна быть согласована с потребителем.
1.15. Поковки не должны иметь флокенов, трещин, усадочной рыхлости, отсутствие которых гарантируется предприятием-изготовителем. Поковки, в которых обнаружены вышеуказанные дефекты, бракуются, а все остальные поковки данной партии могут быть признаны годными только после индивидуального контроля.
1.14; 1.15 (Измененная редакция, Изм. № 1).
1.16. Режим термической обработки устанавливается предприятием-изготовителем. Поковки подвергаются термической обработке в черновом виде и (или) после предварительной механической обработки (обдирки, рассверловки и др.). Допускается по согласованию изготовителя с потребителем поковки подвергать только предварительной термической обработке. Поковки группы I допускается не подвергать термической обработке. (Измененная редакция, Изм. № 1, 2).
1.17. Поковки, прошедшие после термической обработки правку в холодном или подогретом состоянии, должны быть подвергнуты отпуску для снятия внутренних напряжений. Поковки групп I, II и III могут поставляться без последующего отпуска при гарантии предприятием-изготовителем требуемых свойств после правки.
1.18. По соглашению сторон поковки подвергаются очистке от окалины. Способ очистки оговаривается в чертеже или условиями заказа.
1.19. (Исключен, Изм. № 1).
2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
2.1. Партии комплектуются предприятием-изготовителем из поковок, изготовляемых по одному чертежу. Условия комплектования партии приведены в табл. 1.
Допускается объединять в партии поковки, изготовленные из одной марки стали по разным чертежам, близкие по конфигурации и размерам.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
2.2. Каждая поковка должна быть подвергнута внешнему осмотру без применения увеличительных приборов, если по условиям заказа не предусмотрен другой метод контроля.
2.3. Для каждой группы поковок за исключением группы I устанавливается объем обязательных испытаний, указанный в табл. 4.
Таблица 4
Группа поковок
Виды испытаний
Количество поковок от партии, подлежащих испытанию
5% от партии, но не менее 5 шт.
1. Испытание на растяжение
2. Определение ударной вязкости
3. Определение твердости
1. Испытание на растяжение
2. Определение ударной вязкости
3. Определение твердости
1. Количество поковок группы II, подлежащих испытанию, по договоренности с потребителем может быть увеличено.
2. Для поковок IV группы разрешается производить определение механических свойств на поковках не с нижними и верхними пределами твердости, а с нормами твердости, находящимися в пределах заданных категорий прочности. В этом случае твердость является дополнительной сдаточной характеристикой.
4. Объем контроля поковок, поставляемых после предварительной термической обработки, указывается в чертеже поковки. (Измененная редакция, Изм. № 1, 2, 3).
2.4. Отбор проб для определения химического состава металла поковок производится по ГОСТ 7565-81.
2.5. Химический анализ металла поковок производится по ГОСТ 22536.0-87, ГОСТ 22536.1-77, ГОСТ 22536.2-87, ГОСТ 22536.3-77, ГОСТ 22536.4-77, ГОСТ 22536.5-87, ГОСТ 22536.6-77, ГОСТ 22536.7-77, ГОСТ 22536.8-87 ГОСТ 22536.9-77, ГОСТ 22536.10-77, ГОСТ 22536.11-87, ГОСТ 22536.12-77, ГОСТ 22536.13-77, ГОСТ 12344-78, ГОСТ 12345-80, ГОСТ 12346-78, ГОСТ 12347-77, ГОСТ 12348-78, ГОСТ 12349-83, ГОСТ 12350-78, ГОСТ 12351-81, ГОСТ 12352-81, ГОСТ 12353-78, ГОСТ 12354-81, ГОСТ 12355-78, ГОСТ 12356-81, ГОСТ 12357-84, ГОСТ 12358-82, ГОСТ 12359-81, ГОСТ 12360-82, ГОСТ 12361-82, ГОСТ 12362-79, ГОСТ 12363-79, ГОСТ 12364-84, ГОСТ 12365-84, ГОСТ 18895-81.
При изготовлении поковок из металла, выплавляемого предприятием-изготовителем, химический состав стали определяется по плавочному анализу ковшовой пробы. При изготовлении поковок из проката и слитков марка стали и химический состав устанавливаются документом о качестве предприятия-изготовителя металла. (Измененная редакция, Изм. № 2).
2.6. Механические свойства поковок определяются на продольных, поперечных, тангенциальных или радиальных образцах. Вид образца, если он не указан в чертеже детали, устанавливается изготовителем. (Измененная редакция, Изм. № 2).
2.8. Форма, размеры и место расположения напуска на пробы определяются чертежом поковки.
Размеры напуска на пробы должны быть достаточными для изготовления всех требуемых образцов.
При изготовлении одной поковки из слитка напуск на пробы должен быть со стороны прибыльной части.
На поковках типа валов и обечаек длиной свыше 3 м, при соответствующем указании на чертеже поковки, напуск на пробы должен быть предусмотрен с двух концов.
2.10. Образцы для механических испытаний подвергать дополнительной термической обработке или каким-либо нагревам не допускается.
2.11. При изготовлении нескольких деталей из одной поковки отбирается одна проба, по результатам испытания которой производится приемка всех деталей, изготовляемых из данной поковки.
2.12. Образцы для механических испытаний поковок цилиндрической и призматической формы вырезают из напуска или из тела поковки таким образом, чтобы их ось находилась на расстоянии 1/3 радиуса или 1/6 диагонали от наружной поверхности поковки.
(Измененная редакция, Изм. № 3).
При изготовлении поперечных или тангенциальных образцов их ось должна проходить на том же расстоянии, что и для продольных образцов. (Измененная редакция, Изм. № 1, 3).
2.14. Место вырезки образцов из поковок нецилиндрической и непризматической формы при отсутствии соответствующих указаний на чертеже детали устанавливается предприятием-изготовителем.
2.15. Заготовки для образцов могут быть взяты из поковок (не из напусков) посредством вырезки пустотелым сверлом или вырезов, получающихся при механической обработке поковок.
2.17. Изготовление образцов и испытание на растяжение производятся по ГОСТ 1497-84 на образцах пятикратной длины с диаметром расчетной части 10 мм.
Допускается применять образцы пятикратной длины с диаметром расчетной части 6 или 5 мм.
2.18. Изготовление образцов и испытание на ударную вязкость производятся по ГОСТ 9454-78 на образцах типа 1.
2.19. Твердость по Бринеллю определяется по ГОСТ 9012-59. При невозможности проведения испытания на приборе Бринелля допускается определять твердость другими приборами, обеспечивающими точность ± 10% числа твердости НВ. (Измененная редакция, Изм. № 3).
2.20. При получении неудовлетворительных результатов механических испытаний хотя бы по одному из показателей по нему производятся повторные испытания удвоенного количества образцов, взятых от той же партии поковок. Если после повторного испытания получены положительные показатели, вся партия поковок считается годной. Если после повторного испытания хотя бы один из образцов дает неудовлетворительные показатели, партию поковок допускается подвергать повторной термической обработке.
2.21. Число повторных термических обработок не должно быть более двух. Дополнительный отпуск не считается термической обработкой и число отпусков не ограничивается. После каждой термической обработки или дополнительного отпуска партия поковок испытывается как предъявленная вновь. Третья термическая обработка в виде улучшения допускается на крупных поковках в случаях, когда нормализация с отпуском не обеспечивает требуемых механических свойств.
2.20, 2.21. (Измененная редакция, Изм. № 1).
2.22. (Исключен, Изм. № 1).
2.23. Для контрольной проверки потребителем качества заготовок и соответствия их требованиям настоящего стандарта должны применяться правила отбора проб и методы испытаний, указанные выше.
3. МАРКИРОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ, ХРАНЕНИЕ
3.1. Место маркировки указывается на чертеже поковки. Маркировка должна быть четкой и содержать сведения, указанные в табл. 5.
Таблица 5
Номер группы
Вид маркировки
Клеймо отдела технического контроля
Номер чертежа детали
Номер плавки или марка стали
Значение слова «тангенциальный»
[От лат. tangens, tangentis — касающийся]
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
ТАНГЕНЦИА’ЛЬНЫЙ, ая, ое [от латин. tangens — касающийся] (мат.). Направленный по касательной к данной кривой. Тангенциальная линия.
Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
тангенциа́льный
1. геометр. направленный по касательной в выбранной точке к какой-либо выбранной кривой (плоскости), что-либо описывающей ◆ Кроме сил гравитационного притяжения, на Солнце и планеты действуют тангенциальные силы приливного трения. В. В. Ахияров, «Гравитация в солнечной системе», 2002 г. // «Геоинформатика» (цитата из НКРЯ) ◆ Описанные исследования относятся к силам, возникающим при излучении, нормальном к поверхности; Пойнтинг дополнил эти опыты в том отношении, что рассмотрел случай падения пучка лучей наклонно к поглощающей поверхности; в этом случае точная сила давления разлагается на две составляющих, из которых одна направлена нормально, а другая тангенциально к поверхности; Пойнтинг закрепил поглощающее (покрытое сажей) крыло перпендикулярно коромыслу весов и направил пучок лучей под 45°к крылу; при такой постановке опыта вращение может быть вызвано только тангенциальной составляющей; из наблюдаемого отклонения энергия падающего пучка лучей была найдена равной 5,8 кал/сек, что в пределах ошибок наблюдения можно считать совпадающим с непосредственно измеренными количествами энергии 6,5. П. Н. Лебедев, «Силы светового давления», 1905 г. (цитата из НКРЯ)
2. матем. определяемый тангенсом угла
3. спец. такой, при котором плоскость распиловки, среза параллельна слоям годичных приростов ◆ Учет усушки фризы по ширине и толщине производился с подразделением на фризу радиальной и тангенциальной распиловки. Известия Поволжского лесотехнического института, 1933 г.
Механические свойства древесины
Механические свойства древесины — это такие свойства, которые обнаруживаются при действии на древесину внешних сил (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, перерезывание, скалывание). Действие этих сил может проявляться во время эксплуатации деревянных конструкций, а также при обработке древесины режущими инструментами.
К механическим свойствам древесины относятся:
Механические свойства древесины меняются по высоте и радиусу ствола. Они зависят от количества годовых колец в одном сантиметре и процента поздней древесины.
Существенное влияние на свойства древесины оказывает связанная влага. Влажность выше предела гигроскопичности практически не влияет на ее механические свойства.
Твердость древесины
Твердостью называется способность древесины сопротивляться прониканию в нее более твердых тел, а также режущих инструментов, гвоздей и шурупов.
Так как распил древесины производится тремя способами, то и твердость дерева различается в этих направлениях среза.
Выделяют следующие типы твердости по направлениям среза:
Т орцевой (поперечный) распил – дерево распиливается перпендикулярно стволу и направлению волокон.
Торцевой распил древесины
Радиальный распил осуществляется вдоль ствола, по радиусу, то есть, через центр дерева.
Радиальный распил древесины
Тангенциальный распил также выполняется продольно, однако проходит вне центра, по хорде окружности, и поэтому на лицевой поверхности среза образуются своеобразные узоры из годичных колец.
Тангенциальный распил древесины
П оказатель твердости лесоматериалов изменяется в зависимости от типа его распила.
Боковая твердость у хвойных пород чаще всего на 40% ниже торцовой, а у лиственных пород – на 30%. Тангенциальная твердость, например, дубовых, буковых или ильмовых лесоматериалов, выше торцевой почти на 10%. Большая часть сортов древесины имеет примерно одинаковую тангенциальную и радиальную твердости.
По степени твердости все породы древесины делятся на следующие классы:
— твердые, как кость : эбонитовое дерево, кокос;
— очень твердые : дуб, бук, белая акация, граб, тис, палисандр;
— твердые : дуб, яблоня, груша, вишня, ясень, тик;
— умеренно твердые – орех, черная сосна, вяз;
— мягкие: берёза, липа, лиственница, ольха, красное дерево;
— очень мягкие : ель, белая сосна, тополь, верба, осина, пихта;
Твердая древесина встречается обычно у лиственных деревьев с широкими плоскими листьями, опадающих осенью или весной, как например, листья дуба. Поскольку твердая древесина еще и плотнее, чем мягкая, изделия из нее прочны и долговечны, и поэтому она больше ценится в столярном деле.
Мягкая древесина – это прежде всего хвойные вечнозеленые породы, размножающиеся шишками. Поскольку такие деревья быстрее растут, то эта древесина дешевле твердой. Мягкая древесина используется в строительстве для изготовления балочных перекрытий, в мебельном производстве, является сырьем для изготовления бумаги.
Но при этом всегда необходимо помнить, что у некоторых лиственных древесина на самом деле «мягче», чем у хвойных деревьев.
Упругость древесины
Упругостью древесины называется ее способность изменять (в известных пределах) свою форму под действием внешнего усилия и возвращаться к первоначальной форме после прекращения этого воздействия.
Упругость древесины — способность возвращаться к первоначальной форме после прекращения воздействия нагрузки
При кратковременной растягивающей нагрузке вдоль волокон древесина до определенного предела ведет себя практически совершенно упруго, в ней возникают преимущественно упругие деформации. То есть, деформация, вызванная растяжением, исчезает, как только снимается нагрузка.
Модуль упругости при растяжении и сжатии фактически одинаков, так же, как и при изгибе.
| Древесина | Расчетная величина Е вдоль волокон, Н/мм 2 (кг/см 2 ) |
| Европейская хвойная | 10000 (100000) |
| Дуб, бук | 12500 (125000) |
При действия усилия под углом к направлению волокон, по мере увеличения угла, модуль упругости Е уменьшается. При усилиях, действующих поперек волокон, деформации из-за трубчатого строения клеток значительно больше, чем при действии вдоль волокон, а значит, значительно уменьшается модуль упругости. Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина.
В строительной практике устанавливается средняя величина модуля упругости Е в направлении поперек волокон, которая для хвойных пород равна 300 МПа (Н/мм 2 ), а для лиственных – 600 МПа (Н/мм 2 ). Следовательно, модуль упругости вдоль волокон примерно в 20 раз больше, чем поперек.
Проектировщику модуль упругости Е древесины необходимо знать при расчете конструкций по второй группе предельных состояний — состояний, при которых нарушается нормальная эксплуатация сооружений, конструкций или исчерпывается ресурс их долговечности вследствие появления недопустимых деформаций (прогибов, трещин), колебаний и иных нарушений, требующих временной приостановки эксплуатации сооружения и выполнения его ремонта. То есть, вторая группа определяется непригодностью конструкций к нормальной эксплуатации.
Возможны случаи, когда конструкция не потеряла несущую способность, т.е. удовлетворяет требованиям первой группы предельных состояний, но ее деформации, например, прогибы таковы, что нарушают технологический процесс или нормальные условия нахождения людей в помещении.
При расчете по второй группе предельных состояний определяется максимальный прогиб fmax в элементе конструкции. Как правило, это однопролетная разрезная балка постоянного сечения. Максимальный прогиб зависит от того, чем нагружена балка (сосредоточенной силой Q, распределенной нагрузкой q или моментом M), и от того, какие опоры на концах балки (подвижный или неподвижный шарнир, жесткая заделка или свободный конец), то есть, от расчетной схемы балки.
Значение максимального прогиба fmax для каждого конкретно случая можно найти в любом справочнике по строительным конструкциям. Если под рукой нет такого справочника, то значение прогиба можно рассчитать по универсальной формуле, найдя предварительно нормативное значение максимального момента Мн:
М н — нормативное значение максимального изгибающего момента;
l — пролет балки (расстояние между опорами);
J x — момент инерции сечения, для прямоугольного сечения равен bh 3 /12;
Е — модуль упругости материала конструкции.
Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, ее деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок.
Упругие свойства древесины поперек волокон используются главным образом в сочетании с другим свойством, с его вязкостью – способностью дерева держать гвозди, костыли, шурупы. И это ценное качество дерева не удается воспроизвести ни в одном из современных материалов. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдергиванию гвоздя. Усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперек волокон.
С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается. Усилия, необходимые для выдергивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдергивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву.
Пластичность древесины
П ластичностью древесины называется ее способность под воздействием продолжительных нагрузок, не разрушаясь, сохранять приданную ей измененную форму, давать остаточную деформацию. Древесина лиственных пород обладает большей пластичностью, чем древесина хвойных пород.
Пластичность древесины — способность сохранять приданную ей измененную форму под воздействием продолжительных нагрузок
Пластичность можно отнести как к положительным, так и к отрицательным свойствам. Она возрастает с повышением температуры и увеличением влажности.
Достаточно большая пластичность дерева в воздушно-сухом состоянии, при обычных температурных условиях, используется в строительстве в качестве арочных гнутых конструкций, в мебельном производстве, при производстве перил для лестниц в частных домах.
Большая пластичность дерева в воздушно-сухом состоянии используется при производстве перил для лестниц
Технологическая операция гнутья древесины основана на ее способности сравнительно легко деформироваться при действии изгибающих усилий. Способность гнуться выше у лиственных кольце-сосудистых пород – дуба, ясеня и др., а из рассеянно-сосудистых – бука. Хвойные породы обладают меньшей способностью к загибу.
Гнутью подвергают древесину, находящуюся в нагретом и влажном состоянии. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации, что позволяет зафиксировать новую форму детали под нагрузкой.
Отрицательные проявления пластичности дерева сказываются главным образом на старых балочных перекрытиях больших пролетов, дающих заметное на глаз провисание иногда лишь по прошествии десятков лет. У стропильных деревянных ферм, благополучно простоявших более 100 лет, вдруг начинает наблюдаться катастрофическое нарастание прогибов из-за пластических деформаций в перенапряженных частях.
В некоторых деревянных конструкциях пластические деформации являются причиной не только традиционного провисания, но и их разрушения.
Пластические деформации — причина не только провисания, но и разрушения деревянных стропил крыши
Прочность древесины
Прочностью древесины называется ее способность выдерживать определенные нагрузки не разрушаясь. Более плотная древесина обычно является и более прочной.
Показатели механических свойств древесины определяют обычно при следующих видах испытаний: растяжении, сжатии, изгибе и сдвиге. Поскольку древесина – анизотропный материал, то есть, материал с различными свойствами в разных направлениях, указывают направление действия нагрузок: вдоль или поперек волокон (в радиальном или тангенциальном направлении).
Направление нормалей для торцевого, радиального и тангенциального разрезов
Из-за сопротивления древесины внешним нагрузкам в ней возникают внутренние силы. Эти силы, отнесенные к единице площади сечения (1см 2 ) называют напряжениями. Максимальное напряжение, предшествующее разрушению тела, называют пределом прочности.
Предел прочности определяют на малых, не имеющих пороков образцах в лабораториях на испытательных машинах.
Прочность при сжатии
Прочность при сжатии вдоль волокон
Прочность при сжатии вдоль волокон определяется на образце призматической формы. Образец размером 20 х 20 х 30мм, должен включать не менее 4-5 годичных слоев.
Образец для испытания древесины на прочность при сжатии вдоль волокон
Образец постепенно нагружают до разрушения, измеряя при этом максимальную нагрузку Рmax, H. Характерным признаком разрушения образца при сжатии является возникновение складки, образующейся в результате потери устойчивости волокон.
Характерные складки являются признаком разрушения образца в результате потери устойчивости волокон
Предел прочности σ, МПа вычисляют по формуле:
где P max — максимальная нагрузка, Н
При работе древесины на сжатие вдоль волокон ее прочность в 2-2,5 раза ниже аналогичной прочности на растяжение.
Прочность при сжатии поперек волокон
Прочность при сжатии поперек волокон определяется по схемам на рисунке:
Образцы для испытания древесины на прочность при сжатии поперек волокон
Здесь указана равнодействующая сил, которые либо равном ерно распределены по всей поверхности образца, либо по всей ширине, но на части длины его (местное сжатие). Во всех случаях определяют условный предел прочности. В качестве этого показателя используют предел пропорциональности, то есть, величину напряжений, до которых наблюдают линейную зависимость между напряжениями и деформациями.
В среднем для всех пород он составляет 1/10 предела прочности при сжатии вдоль волокон. То есть, в среднем, п рочность древесины при сжатии поперек волокон в десять раз меньше, чем прочность при сжатии вдоль.
Прочность при растяжении
Испытания на прочность при растяжении проводятся на образцах другого вида:
Образцы для испытания древесины на прочность при растяжении
Такая форма образцов обусловлена стремлением обеспечить разрушение в тонкой рабочей части, а не в месте закрепления, под воздействием именно растягивающих напряжений.
Предел прочности при растяжении получают делением величины разрушающей нагрузки на площадь сечения рабочей части образца.
В среднем для всех пород предел прочности при растяжении вдоль волокон равен 130 МПа (1300 кг/см 2 ), а предел прочности при растяжении поперек волокон в 20 раз ниже. Поэтому при конструировании изделий из древесины избегают растягивающих нагрузок, направленных поперек волокон.
Высокая прочность древесины при растяжении вдоль волокон позволяет использовать ее для изготовления строительных конструкций.
Прочность при изгибе
Для испытания древесины на статический изгиб применяют образцы в форме бруска размерами 20 х 20 х 300 мм:
Образец для испытания древесины на изгиб
Предел прочности при статическом изгибе, МПа вычисляют по формуле:
где Мmax — максимальный изгибающий момент от нагрузки;
W — момент сопротивления сечения испытуемого бруса.
Для бруса прямоугольного сечения и сосредоточенной нагрузки посредине балки предел прочности при изгибе можно вычислить по формуле:
где P max – максимальная нагрузка, H;
l – пролет, то есть, расстояние между центрами опор, равный 240 мм;
b – ширина в радиальном направлении, мм;
h – высота в тангенциальном направлении, мм.
Предел прочности при изгибе — промежуточное значение между пределом прочности при растяжении и и пределом прочности при сжатии. В среднем предел прочности при статическом изгибе составляет 90 МПа. Довольно высокая прочность древесины при изгибе позволяет использовать ее для изгибаемых строительных конструкций.
При работе древесины на изгиб наблюдается и растяжение, и сжатие волокон, и межслойный сдвиг.
При работе древесины на изгиб можно увидеть и растяжение, и сжатие волокон
Разрушение изгибаемых элементов начинается в результате:
Прочность при сдвиге
При испытаниях на сдвиг к образцу прикладывают две равные и противоположно направленные силы, вызывающие разрушение в параллельной им плоскости, происходит сдвиг. Различают три вида испытаний на сдвиг: скалывание вдоль волокон, скалывание поперек волокон и перерезание древесины поперек волокон. Схема действия сил при этих испытаниях показана на рисунке:
Образцы для испытания древесины на сдвиг
При испытании на скалывание вдоль волокон применяют образец, форма и размеры которого показаны на рисунке:
Образец для испытания древесины на скалывание вдоль волокон
Предел прочности при скалывании вдоль волокон определяют делением разрушающей нагрузки на площадь скалывания.
где (b ∙ l) – площадка скалывания
Величина предела прочности – касательных максимальных напряжений при скалывании вдоль волокон в среднем для всех пород составляет примерно 1/5 от предела прочности при сжатии вдоль волокон. Предел прочности при скалывании поперек волокон в 2 раза меньше, а предел прочности при перерезании поперек волокон в 4 раза больше, чем предел прочности при скалывании вдоль волокон.
Пределы прочности (временные сопротивления Rвр) отдельных пород древесины:
| Вид древесины | Объемный вес, кг/м 3 | Сопротивление | |||
| сжатию, Н /мм 2 | растяжению Н/мм 2 | изгибу, Н/мм 2 | скалыванию, Н/мм 2 | ||
| Ель | 500 | ||||
| — вдоль волокон | 43 | 90 | 66 | 6,7 | |
| — поперек волокон | 5,8 | 2,7 | — | — | |
| Сосна | 600 | ||||
| — вдоль волокон | 47 | 104 | 87 | 10,0 | |
| — поперек волокон | 7,7 | 3,0 | — | — | |
| Лиственница | 450 | ||||
| — вдоль волокон | 85 | 107 | 99 | 9,0 | |
| — поперек волокон | 7,5 | 2,3 | — | — | |
| Бук | 370 | ||||
| — вдоль волокон | 62 | 135 | 105 | 10,0 | |
| — поперек волокон | 9,0 | 7,0 | — | — | |
| Дуб | 700 | ||||
| — вдоль волокон | 54 | 90 | 91 | 11,0 | |
| — поперек волокон | 11 | 4,0 | — | — | |
Поскольку свойства древесины, являющейся естественным строительным материалом, колеблются в широких пределах, в таблице приведены наиболее часто встречающие величины. Показатели приведены для влажности примерно 12%, то есть, обычной влажности при нормальных климатических условиях.
Однако, при проектировании деревянных конструкций в расчетах используют не пределы прочности малых образцов древесины, а в несколько раз меньшие показатели – расчетные сопротивления R.
Именно расчетное сопротивление R применяют при расчетах конструкций по первой группе предельных состояний. Первая группа предельных состояний — это состояния, при которых происходит исчерпание несущей способности (прочности, устойчивости или выносливости) сооружений и конструкций при соответствующих комбинациях нагрузок, которые могут также сопровождаться разрушениями любого вида (вязкое, усталостное, хрупкое).
То есть, первая группа определяется потерей несущей способности конструкции или непригодностью ее к эксплуатации. Говоря проще, состояния, относящиеся к этой группе считаются предельными, если в конструкции наступило опасное напряженно-деформированное состояние, в худшем случае, если она по этим причинам разрушилась.
Расчетное сопротивление R является предельным напряжением в материале реальных элементов конструкций, отличающихся от стандартных образцов большими размерами и наличием неизбежных пороков и дефектов, в пределах допустимого их содержания. Кроме того, в расчетном сопротивлении отражено влияние длительного действия нагрузок и условий эксплуатации.
Определение расчетного сопротивления R древесины производят в следующей последовательности:
1. Лабораторными испытаниями большого числа стандартных образцов материала малого размера определяют значения величин временных сопротивлений R вр (пределов прочности) — об этом было рассказано выше.
2. Далее, в результате статистической обработки, находят среднее арифметическое значение Rср вр временных сопротивлений, определяют коэффициенты изменчивости V и α и вычисляют R н – минимально возможное значение временного сопротивления, которое называется нормативным сопротивлением материала.
R н = Rср вр (1-αV)
R н – нормативное сопротивление чистой (без пороков) древесины сосны и ели с влажностью 12% при стандартных испытаниях малых образцов.
Для того, чтобы не высчитывать R н самостоятельно, в справочной литературе приводится таблица этих значений.
Нормативные сопротивления R н чистой древесины сосны и ели:
Вид напряженного состояния
Обозначение
Нормативное сопротивление,
МПа (кг/см 2 )
МПа = Н / мм 2 ;
Нормативные сопротивления, приведенные в графе а определены как пределы прочности чистой древесины при стандартных испытаниях малых образцов.
Нормативные сопротивления, приведенные в графе б, определены с учетом снижения сопротивления древесины при большей продолжительности воздействия расчетной нагрузки на конструкции, чем при стандартных испытаниях малых образцов.
3. Определяют расчетные сопротивления древесины и фанеры при влажности 12%, длительном действии нагрузок и нормальных температурных условиях эксплуатации:
R = R н / k
k – коэффициент безопасности по материалу (не надо путать с коэффициентом безопасности для конструкций). Этот коэффициент учитывает влияние следующих факторов: неоднородности структуры и состава древесины, наличия пороков и дефектов, больших размеров, длительного сопротивления.
kдл – коэффициент, учитывающий длительность нагрузки.
kпор – коэффициент, учитывающий пороки древесины. Больше всего пороки влияют на работу древесины при растяжении.
kразм – коэффициент, учитывающий влияние увеличенных размеров строительных элементов по сравнению со стандартными образцами. Равен при сопротивлении растяжению вдоль волокон 0,75, сжатию вдоль волокон 1, изгибу 0,9.
Значение коэффициента безопасности:
— при растяжении вдоль волокон
— при сжатии и смятии вдоль волокон
Вот почему, имея наибольшую механическую прочность при растяжении вдоль волокон (R вр = 100 МПа и R н = 55 МПа), и в тоже время наибольший коэффициент безопасности, расчетное сопротивление этому виду работы древесины самое низкое R р = 10 МПа.
Основные расчетные сопротивления R древесины сосны и ели:
МПа (кг/см 2 )
В данной таблице приведены расчетные сопротивления древесины сосны и ели, пригодной по допустимым порокам для проектирования деревянных конструкций, защищенных от нагрева.
Для древесины других пород приведены значения переходных коэффициентов к расчетным сопротивлениям.
Коэффициенты нормативных и расчетных сопротивлений древесины разных пород по отношению к древесине сосны и ели: