WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

.

(2)

Относительная остаточная деформация ост равнялась значению последнего замера опыта, т.е.:

.

(3)

Относительная эластическая возрастающая деформация эл или нэ рассчитывалась по формуле:

.

(4)

Относительная мгновенная пластическая деформация мг.пл определялась:

.

(5)

Полученные значения относительных деформаций использовались для нахождения реологических показателей древесины: модулей упругости первого и второго рода, коэффициента эластичности, а также определения показателей остаточной деформации.

В четвертой главе представлен анализ проведенных исследований. Установлена общая зависимость деформирования древесины разных пород при сжатии ее поперек волокон. Определена природа остаточных деформаций древесины. Составлена реологическая модель и дополнено реологическое уравнение, соответствующее конкретным условиям деформирования. Определены основные реологические показатели древесины, а именно: модуль упругости первого рода (Е1), модуль упругости второго рода (Е2) и показатели остаточной деформации. Приведено сравнение статистической обработки полученных данных с результатами других авторов. Отражены области проявления пластических деформаций древесины.

Анализ результатов экспериментальных исследований

Основная, первая серия экспериментов проводилась с целью установления зависимости деформирования древесины от времени нахождения ее под нагрузкой, близкой к условному пределу прочности. Поведение древесины под нагрузкой напоминает характер деформирования тела Бюргерса, реологическое уравнение которого (по словам Б.Н. Уголева) уже использовали зарубежные авторы.

Рисунок 2 – Общая зависимость относительной деформации () от напряжения () во времени ()

Несмотря на внешнее сходство, полученная нами зависимость относительной деформации от времени (рисунок 2) имеет ряд существенных различий с графиком деформаций тела Бюргерса. Условно разделим деформации модели тела Бюргерса на два вида: мгновенные деформации (упругость) и деформации, развивающиеся с течением времени (эластические и вязкие).

1) Упругие деформации. В результате обработки данных опытов было установлено, что упругая деформация в момент разгрузки ("упр) всегда меньше, чем в момент нагружения (упр). В источниках, где описывается модель тела Бюргерса, а также применяемая к древесине в настоящее время упруго-эластическая модель, это явление не отмечается. Нами было определено среднее значение превышения относительной упругой деформации в момент нагрузки над относительной упругой деформацией в момент разгрузки. Оно составляет около 20 %.

В результате анализа и сходя из определения упругости, показателем упругой деформации следует считать данные в момент снятия нагрузки. В дальнейшем, с целью сокращения, «превышение относительной упругой деформации в момент нагрузки над относительной упругой деформацией в момент разгрузки» называется нами просто «превышением деформаций».

2) Деформации, развивающиеся с течением времени. В результате наблюдений установлено, что восстановление деформаций протекает более медленным путем, чем нарастание. Для наглядности, значения восстановления деформаций (участок 3 – 4 на рисунке 2) перевернули на 180 и совместили со значениями деформаций, развивающихся во времени (участок 1 – 2 на рисунке 2) приняв за 0 значение в момент нагрузки или разгрузки образца (рисунок 3).

Рисунок 3 – Зависимость относительных деформаций развивающихся () и восстанавливающихся () от времени (сут.) при постоянном напряжении = 3,3 МПа или разгрузке = 0 (сосна, рад., t = 20 °С, W = 4,3 %, = 0,39 г/см3)

Исходя из понятий деформаций известно, что при разгрузке упругие деформации восстанавливаются мгновенно, а вязкие остаются на достигнутом уровне. Значит, восстановление деформаций есть ни что иное, как отображение эластичности. А гистерезис ползучести и восстановления есть ничто иное, как вязкость. Однако, для элемента Ньютона, при воздействии на него постоянного напряжения, характерен неограниченный рост деформаций. То есть, исходя из формулы, описывающей этот процесс (), – при бесконечно большом времени, относительная вязкая деформация (зависимость линейная), что противоречит результатам проведенных нами исследований. Развивающиеся во времени деформации возрастают с постепенно снижающейся скоростью и по истечении семи суток, достигнув постоянного значения, практически останавливаются, поэтому элемент Ньютона не может описывать остаточные деформации древесины.

Значит, пока образец находится под нагрузкой, в нем, кроме мгновенных упругих и возрастающих со временем эластических деформаций, появляются какие-то иные, рост которых в определенный промежуток времени останавливается. После снятия нагрузки эти деформации, в отличие от упругих и эластических, остаются на достигнутом уровне. Поэтому, с целью выявления закономерности развития их во времени, была проведена вторая серия опытов.

Данные, полученные в результате проведения второй серии опытов (рисунок 4 ()), указывают на наличие в древесине остаточных деформаций даже в тех образцах, которые находились под нагрузкой непродолжительное время, т.е. сутки. Кроме того, величина остаточной деформации оказалась практически одинаковой при разном времени протекания экспериментов.

Расчет превышений деформаций в момент нагрузки к упругим деформациям в момент разгрузки (рисунок 4 ()) показал, что они также присутствуют во всех опытах.

Рисунок 4 – Зависимость остаточных деформаций () и превышения упругих деформаций () от времени нахождения образцов сосны под нагрузкой

При сравнении (рисунок 4) видно, что значения остаточных деформаций больше значений превышения деформаций. Видимо, остаточные деформации, помимо превышений деформаций в момент нагрузки над упругими, содержат в себе некоторую часть обратимых деформаций. Мы считаем, что разница между остаточными деформациями и превышением деформаций, есть ничто иное, как продолжающая восстанавливаться во времени эластическая деформация.

Цель проведения третьей серии опытов – определение зависимости величины остаточных деформаций от нагрузки, приложенной на образец. Чтобы снизить влияние эластических деформаций, продолжительность опыта составляла всего 5 минут в нагруженном состоянии и 5 минут в разгруженном состоянии для каждого образца. Нагрузка на образцы проводилась за один прием, так как не превышала массы одной гири (20 кг). Для экспериментов использовались образцы древесины сосны, которые нагружали в радиальном направлении.

В результате обнаружено, что значения относительных остаточных деформаций в древесине после выдержки ее в разгруженном состоянии (рисунок 5) практически не отличается от значений превышения деформаций (рисунок 6), т.е. фактически это одно и тоже.

Рисунок 5 – Зависимость относительных остаточных деформаций от напряжений, действующих на образцы сосны влажностью 4-5 %

Рисунок 6 – Зависимость превышений деформаций от напряжений, действующих на образцы сосны влажностью 4-5 %

На основании третьей серии опытов сделан вывод, что в древесине, при сжатии ее в радиальном направлении, в момент приложения нагрузки, кроме упругих деформаций, не зависимо от величины действующего напряжения, возникают мгновенные, необратимые после разгрузки, деформации (ранее названные нами как превышения относительных деформаций в момент нагрузки над упругими). Причем, чем выше напряжение, действующее на образец, тем больше численное значение относительной мгновенной необратимой деформации.

Ни у кого из более ранних исследователей это явление не отмечено. На наш взгляд, это связано с тем, что большинство экспериментов производится на образцах стандартных размеров. Для испытания на сжатие они составляют 202030 мм. Для получения заметных деформаций у такого сравнительно большого образца требуются значительные усилия. Небольшие напряжения вызовут деформации, соизмеримые с точностью приборов, и заметить их практически невозможно.

Наши опыты проводились на малых образцах размером 101010 мм, что делает их более деформативными. Кроме того, радиальное направление сжатия – самое податливое из всех видов деформаций.

Условный предел прочности на сжатие древесины сосны в радиальном направлении значительно меньше (3,4 МПа), чем вдоль волокон (41,5 МПа). Очевидно, древесина при нагружении вдоль волокон будет менее деформативна. Для подтверждения этого предположения проведена дополнительная серия опытов на древесине сосны, с нагрузкой на образец вдоль волокон. Создаваемое напряжение 2000 кПа (при 500 кПа этот деформации будут соизмеримы с точностью приборов); порода – сосна; длительность выдержки под нагрузкой и разгрузкой по 5 мин. В результате, наблюдается та же зависимость возрастания мгновенных остаточных деформаций, что и при сжатии в радиальном направлении, с разницей лишь в более низких численных значениях. Это подтверждает, что мгновенные остаточные деформации характерны для древесины в целом, независимо от направления сжатия.

Появление в древесине при ее нагружении, одновременно с упругими, мгновенных необратимых деформаций подтверждено экспериментами и не вызывает сомнений. По природе эти деформации, предположительно, пластические.

Пластичность как свойство древесины.

Известно, что пластические деформации, возникающие в материале при воздействии на него внешних сил, проявляются при достижении предела ползучести. Материал, нагружаемый силой до предела ползучести, упруго деформируется и практически мгновенно восстанавливает свою форму после снятия нагрузки. Однако, образование пластической деформации в отдельных частицах материала происходит уже в начальной (упругой) стадии испытания. Эти деформации настолько малы, что не обнаруживаются обычными приборами. С увеличением нагрузки пластическая деформация начинает накапливаться, постепенно охватывая макрообъемы вещества, вследствие чего под микроскопом наблюдаются необратимые сдвиги, происходящие в слоях больше подвергшихся действию напряжений.

По нашему мнению, сходство вынужденно-эластической деформации с пластичностью заключается только в способности к большим деформациям, не исчезающим после снятия нагрузки. Однако при вынужденно-эластической деформации сохраняется полная геометрическая обратимость, то есть образец полностью восстанавливает свою форму и размеры после снятия нагрузки и нагревании и (или) увлажнении. Кроме того, восстанавливается не только форма образцов, но и их механические свойства. Полная обратимость вынужденно-эластической деформации коренным образом отличает ее от пластической, необратимой в любых условиях.

Таким образом, пластичность – это необратимое деформирование возникающее «мгновенно» под действием внешних сил, не превышающих предел хрупкости древесины.

Модели пластичности.

В диссертации разработано и проанализировано несколько вариантов моделей пластичности применительно к древесине.

Модель Сен-Венана1 (рисунок 7 а) можно представить в виде тела (груза), расположенного горизонтально на негладкой опорной поверхности. Если внешнее усилие, приложенное к этому телу, будет меньше силы сухого трения, возникающей на поверхности, движения не происходит. Если же внешнее усилие превысит силу сухого трения – начинается равномерно-ускоренное движение тела. Обычно массу тела при работе этой модели не учитывают.

В диссертации также рассматривалась другая механическая модель – бесконечное множество последовательно расположенных гидроцилиндров с шариковыми клапанами, подпертыми пружинами различной мощности (рисунок 7 в). С приложением внешнего напряжения срабатывают только те клапаны, которые отрегулированы на меньшее давление и жидкость выдавится из соответствующих цилиндров (т.е. реальное тело практически мгновенно деформируется необратимо на некоторую величину). Для последующих деформаций требуется приложение больших напряжений. Несмотря на кажущуюся, на первый взгляд сложность предложенной модели, она более наглядно описывает практически мгновенный процесс перехода устойчивости от клеток более слабых в механическом отношении к клеткам, предел прочности которых выше приложенной нагрузки.

а б

в г

а) классический элемент Сен-Венана;

б) последовательно-параллельное соединение элементов сухого трения;

в) альтернативная модель пластичности;

г) последовательное соединение элементов сухого трения

Рисунок 7 – Предлагаемые в диссертации модели пластичности древесины

Однако, при более глубоком анализе элементов пластичности мы изменили свое мнение относительно элемента Сен-Венана. Известно, что равновесное состояние, т.е. периоды релаксации различных полимеров, могут изменяться в необычайно больших пределах – от десятитысячных долей секунды до нескольких месяцев. Вполне возможно, что элемент Сен-Венана достигает равновесного состояния за очень маленький промежуток времени, зафиксировать который с помощью приборов невозможно. И если при создании реологической модели использовать совокупность элементов Сен-Венана, каждый из которых описывал бы клетки разной прочности, то и процесс приобретения устойчивости этими элементами вполне может проистекать «мгновенно».

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»