Для испытания на статический изгиб применяются образцы в форме бруска размерами 20X20X300 мм. Неподвижные опоры и ножи должны иметь закругление радиусом 15 мм; расстояние между центрами опор l = 24 см. После измерения посредине длины сечения (ширины b и высоты h) образец располагают на опорах и нагружают в двух точках на расстоянии 8 см от каждой опоры (рис. 55), равномерно со скоростью 700 ±150 кГ/мин на весь образец, который доводится до полного излома. По шкале машины отсчитывают максимальную Нагрузку Рmах с точностью 1 кГ. Предел прочности вычисляют по формуле:
Предел прочности при статическом изгибе существенно зависит от влажности. При изгибе в древесине возникают нормальные напряжения (на растяжение и сжатие вдоль волокон) и касательные напряжения (на скалывание вдоль волокон). Первые достигают максимума в крайних волокнах, наиболее удаленных от нейтральной плоскости, а вторые — в нейтральной зоне, которая теоретически должна проходить посредине высоты бруска.
Рис. 55. Схема испытаний на статический изгиб (вверху); эпюры напряжений при статическом изгибе в целых телеграфных столбах (внизу): а — образец; б— опоры; в — ножи.
В древесине из-за различий прочности при растяжении и сжатии вдоль волокон нейтральная плоскость смещается в сторону растянутой зоны (рис. 55), что обусловливает неравенство нормальных напряжений (на растяжение и сжатие вдоль волокон). Деформация при изгибе внешне выражается прогибом образца и измеряется стрелой прогиба. Так как прочность древесины при сжатии вдоль волокон значительно меньше, чем прочность при растяжении, разрушение при изгибе начинается в зоне сжатия в виде складок, хотя на глаз оно редко заметно. Окончательное разрушение происходит в зоне растяжения и заключается в разрыве или отщепе крайних волокон и полном изломе образца. Излом древесины высокого качества волокнистый или защепистый, при низком качестве — раковистый, почти гладкий (рис. 56).Защепистость излома более резко выражена в растянутой зоне образца; пучки волокон там крупнее и длиннее; в сжатой зоне, наоборот, эти пучки мелкие и короткие. В табл. 37 приведены показатели предела прочности при статическом изгибе для древесины основных наших лесных пород.
Рис. 56. Характер разрушения при изгибе: а — раковистый; б — защепистый.
Прочность древесины при статическом изгибе по величине занимает промежуточное положение между прочностью при растяжении и сжатии вдоль волокон и может быть в среднем для разных пород принята равной около 900 кГ/см2. Если прочность при сжатии вдоль волокон принять за единицу, прочность при статическом изгибе будет примерно в 2 раза, а прочность при растяжении вдоль волокон — в 2,7 раза выше. Предел пропорциональности при статическом изгибе составляет в среднем 0,7 от предела прочности. Заштрихованная на диаграмме (рис. 57) фигура, ограниченная кривой изгиба и перпендикуляром, опущенным из точки максимального ее подъема на ось абсцисс, характеризует работу, затраченную на излом образца. Величина площади этой фигуры зависит не только от максимальной нагрузки Рmах и стрелы прогиба в момент разрушения fmax, но и от формы кривой и ее наклона по отношению к оси абсцисс; следовательно, площадь этой фигуры, пли работу А, затраченную на излом образца, можно выразить формулой:
где η — коэффициент полноты диаграммы, показывающий, какую часть площади прямоугольника со сторонами Рmах и fmax составляет площадь заштрихованной фигуры. Для древесины дуба коэффициент полноты в среднем равен 0,62. Разделив общую работу на объем образца получим удельную работу, которая может служить характеристикой вязкости древесины.
Таблица 37. Прочность древесины при статическом изгибе.
Порода | Предел прочности, кГ/см2, при влажности | Порода | Предел прочности, кГ/см2, при влажности | ||
15 % | 30 % и выше | 15% | 30 % и выше | ||
Лиственница | 985 | 615 | Орех грецкий | 975 | 605 |
Сосна | 760 | 495 | Береза | 965 | 595 |
Ель | 705 | 440 | Бук | 955 | 645 |
Кедр | 045 | 425 | Дуб | 945 | 680 |
Пихта сибирская | 605 | 405 | Вяз | 840 | 590 |
Акация белая | 1390 | 975 | Липа | 775 | 540 |
Граб | 1210 | 735 | Ольха | 710 | 495 |
Ясень | 1085 | 745 | Осина | 685 | 455 |
Клен | 1055 | 775 | Тополь | 610 | 405 |
Груша | 975 | 635 |
|
|
|
Рис. 57. Диаграмма статического изгиба.
Рис. 58. Различные случаи изгиба древесины: а — волокна направлены вдоль оси образца; б и в — волокна направлены поперек оси образца.
Высокая прочность и легкость приложения усилия обусловливают широкое применение древесины для деталей, работающих на изгиб: всевозможные балки, стропила, фермы, мосты, ригели шахтных креплений, подмости, обрешетка и т. д. Различие между прочностью при радиальном и тангенциальном изгибе обнаруживается только у хвойных пород: предел прочности при тангенциальном изгибе может быть на 10—12% выше, чем при радиальном; у лиственных пород прочность при изгибе в обоих направлениях практически можно считать одинаковой (разница 2—4%). Кроме обычного поперечного изгиба, когда волокна древесины направлены вдоль оси: бруска (рис. 58, а), могут быть случаи, когда волокна направлены поперек оси бруска (рис. 58,б, в). В двух последних случаях предел прочности древесины ели и сосны составляет 1—5%, а бука — около 20% предела прочности при обычном изгибе.