Google   Google+   Vk   Facebook   Youtube   Twitter   Wikipedia   Mail.ru   yandex.ru   Yahoo   Evernote   myspace   linkedin.com   blogger.com   www.livejournal.com   webdiscover.ru 
Печать

Особливості методів визначення твердості деревини

вкл. . Опубликовано в Студенческая наука

Представлена загальна класифікація найбільш розповсюджених методів визначення твердості деревини.Показано основні переваги та недоліки існуючих методів, а також складнощі та проблеми, які пов’язані з  визначенням твердості різних порід деревини.

УДК. 674.031.1/3

О.П. Космач, к.т.н., асист., А. В. Кадик, студ.

Чернігівський національний технологічний університет ( Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. , Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. )

 Вступ

На сьогоднішній день використання деревини в якості одного з основних конструкційних та будівельних матеріалів стає все більш актуальним завдяки, насамперед, високій екологічності, а також технологічності. Існуючі конструкції з деревини працюють в умовах різного типу механічних та немеханічних навантажень, які можуть постійно змінюватися в часі. До механічних навантажень можна віднести навантаження розтягу та стиску, навантаження згину та кручення, циклічні навантаження, ударні навантаження та ін. В свою чергу до немеханічних навантажень або полів навантажень можна віднести теплове, магнітне, хімічне, акустичне та ін. В зв’язку з цим довговічність та надійність конструкції безпосередньо залежить від достовірно визначених фізико-механічних властивостей деревини, які закладаються під час проектування виробу або конструкції. До одного з таких основних фізико-механічних показників відносять твердість деревини. З практичної точки зору існує проблема в забезпеченні необхідної та достатньої твердості основних елементів конструкції. До таких конструкцій можна віднести колоди різного виду та призначення, перекриття, настили та покриття, верстаки та ін. Достатня твердість елементів конструкції в першу чергу повинна забезпечуватися вибором необхідної породи деревини або деревинного матеріалу, комплексом хімічної та термічної обробки для прийнятих умов навколишнього середовища, які характеризуються діапазоном зміни температури та вологості, а також агресивністю середовища.

З метою визначення основних переваг та недоліків існуючих методів визначення твердості деревини, а також особливостей їх використання та обмежень необхідно проведення їх детального аналізу, що є достатньо актуальним напрямком наукових досліджень. Безумовно, що сучасні методи визначення твердості деревини повинно ґрунтуватися в першу чергу на таких основних показниках як достовірність та загальна тривалість вимірювання.

Задачі дослідження

В роботі буде представлено класифікацію основних методів визначення твердості деревини. При цьому будуть показані їх основні переваги, недоліки та умови використання.

Результати досліджень

Твердість деревини характеризує її здатність чинити опір проникненню в неї більш твердих тіл. Твердість торцевої поверхні деревини зазвичай більш висока ніж радіальна або тангенціальна. Суттєвий вплив на твердість деревини має її залишкова вологість. При збільшенні вологості деревини, її твердість зменшується.

В деревообробній промисловості існують показники твердості кожної породи дерева, а також деревинного матеріалу. Твердість деревини в більшості випадків  залежить від породи дерева, а також умов та місця вирощування. Навіть для однієї породи дерева твердість може суттєво варіюватися при дії вказаних чинників. В Україні та Європі показники твердості деревини відображуються в шкалі Брінеля , а в США в загальному випадку твердість деревини представляється за шкалою Янка ( hardness Janka).

Методи визначення твердості деревини використовуються як в наукових дослідженнях, так і в деревообробній промисловості. Частіше всього визначення твердості деревини проводять для групування заготовок пиломатеріалів для подальшої остаточної механічної та хімічної обробки, ідентифікації породи деревини, аналізу  напружено-деформованого стану елементів конструкції, співставлення результатів зміцнення деревини.

В свою чергу відмінність в твердості деревини призводить до зміни наступних показників, які пов’язані з фізико-механічними властивостями та технологічними особливостями виготовлення виробу:

  • довговічність елементів конструкції;
  • міцність деревини;
  • зносостійкість;
  • механізм руйнування;
  • якість обробленої поверхні;
  • часові витрати на опоряджувальні роботи.

Кінцевим результатом зміни розглянутих показників при значному коливанні твердості деревини є зміна собівартості, а також витрат, які пов’язані з виготовленням виробу.

Огляд науково-технічної літератури показав, що найбільш розповсюджені методи визначення твердості деревини можна віднести до лабораторних та промислових. Загальна класифікація методів визначення твердості представлена на рис.1.

 

 

Рис.1. Класифікація основних методів визначення твердості деревини

Лабораторні методи визначення твердості деревини характерні в першу чергу, ретельним відбором дослідних зразків. При цьому не допускається суттєва відмінність в текстурі деревини, сучки, тріщини та інші дефекти. Відмінність в вазі зразків для випробування не повинна коливатися в межах декількох грамів. Лінійні розміри не повинні коливатися в межах декількох десятих частин міліметра, а шорсткість випробовуваної поверхні не повинна перевищувати 200 мкм. Температура навколишнього середовища повинна складати 20±1 0С, а вологість дослідного зразка деревини повинна бути в межах 12–15 %.

Наноінденторний метод використовується для визначення твердості клітинної стінки деревини в нанометровій шкалі вимірювання. Для цього використовується мікроскопічний індентор з надтвердого матеріалу, який, зазвичай, має складну форму(наприклад піраміда). При цьому твердість деревини визначається до початку деформування її поверхневого шару. При цьому отримується інформація про фізико-механічні властивості шару деревини або їх зміна в часі. Найчастіше всього даний метод використовується для ідентифікації клітинних структур або виявлення відмінності між ними, а також дозволяє прогнозувати експлуатаційні характеристики матеріалу після хімічної обробки [1]. Слід відмітити, що даний метод визначення твердості деревини на сьогодні є не стандартизованим.

Одним з найбільш розповсюджених лабораторних методів визначення твердості деревини є метод Янка (рис. 2).

Даний метод використовується в таких країнах як США, Австралія, Швеція та ін. Метод Янка оснований на визначенні зусилля, яке необхідне для проникнення індентора (кульки) діаметром 11,28 мм (0,444 дюйма) на половину її діаметра (5, 64 мм) в досліджувану поверхню зразка деревини з вмістом вологості в межах 12% [2]. Даний метод визначення твердості деревини є стандартизованим. Випробування зразків деревини проводять в двох напрямках, зокрема, в одному радіальному напрямку, а також в двох тангенціальних напрямках. Визначення твердості поперек волокон називають боковою твердістю, а на поверхні зрізу – кінцевою твердістю. Слід відмітити, що в результатах досліджень не уточнюються за яким напрямком волокон була визначена твердість деревини, що може приводити до неоднозначних результатів. За даним методом в США твердість визначається в фунтах сили, в Швеції визначається в кгс, в Австралії визначається в Ньютонах (Н) або кН. Результати представляються, наприклад, як 660 Янка.

 

Список використаної літератури

1. Сomparison of nanoindentation cell wall hardness and Brinell wood hardness in jackine / M. Vincent, Q. Tong, N. Terziev, G. Daniel, C. Bustos, W. Escobar,  I. Duchesne // Journal of the international Academy of wood science. – 2014. – Vol.48. – P. 7 – 22.

2. Doyle J. Indentation Hardness of Wood / J. Doyle, J. C. F. Walker // Wood and Fiber Science. – 2007. – P. 369–376.

 

Космач О.П., Кадик А.В. Особливості методів визначення твердості деревини. Комплексне забезпечення якості технологічних процесів та систем (КЗЯТПС-2014). Четверта міжнародна науково-практична конференція 19-21 травня, Чернігів, Україна.  Чернігів: ЧНТУ, 2014.  С. 68–70.

 

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

House Real Estate