О проведении исследований прочностных характеристик деревянных конструкций при решении задач прикладной механики

№71-1,

технические науки

В статье приведены некоторые проблемные вопросы, связанные с определением прочностных характеристик деревянных конструкций при изучении дисциплины Прикладная механика. Определен круг проблемных вопросов, требующих решения, поставлены задачи для выполнения студенческой научной работы.

Похожие материалы

Различные виды деревянных конструкций успешно применяются в современном строительстве. Из дерева возводятся покрытия, перекрытия, стены и перегородки зданий и многие инженерные сооружения, несущие на себе значительные нагрузки.

Свое применение деревянные конструкции находят не только в сельской местности, где из дерева строятся жилые дома и подсобные постройки, но и в городских индустриальных центрах. Здесь из деревянных конструкций возводят спортивные залы, выставочные павильоны, торговые помещения и др.

Деревянные конструкции также нашли свое применение и при возведении речных переправ. Таким образом, не смотря на стремительное развитие промышленности и строительства, дерево занимает значительную нишу. Исходя из вышесказанного, исследование прочностных характеристик деревянных конструкций, в зависимости от различных внешних факторов, и разработка способов повышения их прочности является востребованной задачей.

В отличие от металлоконструкций для изготовления деревянных несущих деталей не требуется сложного технологического оборудования или серьезных производственных мощностей. Зачастую достаточным является наличие ручных и электрических инструментов и простых соединений на болтах или гвоздях.

Известным достоинством деревянных конструкций является их незначительная теплопроводность, хорошие свойства сопротивления многим химическим веществам. Кроме этого деревянные конструкции являются стойкими к динамическим нагрузкам, поэтому могут применяться в мостостроении и в строительстве в сейсмически опасных районах.

Конечно положительных свойств много у древесины, но и есть свои недостатки, основным из которых является естественное старение и гниение, вследствие чего деревянные конструкции теряют свои прочностные характеристики. Другим отличительным отрицательным свойством древесины является низкая стойкость к повышенным температурам.

Часто решая какую-либо учебную задачу по определению прочностных характеристик деревянных конструкций или подбору сечения элементов конструкций, сталкиваются с проблемой выяснения уточненных табличных данных наиболее часто применяемых в строительстве пород древесин.

В рабочей программе дисциплины «Прикладная механика» на изучение раздела «Сопротивление материалов» отводится порядка 60 часов, половина из которых аудиторные. В данном разделе одной из основных целей является изучение вопросов, связанных с определением прочностных свойств разнообразных конструкционных материалов, в том числе деревянных конструкций при действии различных видов деформаций. Также рабочая программа учебной дисциплины предусматривает проведение лабораторных исследовательских работ по определению различных механических характеристик конструкционных материалов.

Исследование прочностных свойств деревянных конструкций проводится на лабораторной работе на сжатие материалов. Обучающиеся проводят эксперименты с деревянными брусками, испытывая их на сжатие вдоль и поперек волокон. Методика оценки предела прочности достаточно проста. Определяется на гидравлическом прессе значение предельной нагрузки, при которой происходит разрушение деревянного образца, полученное значение подставляется в формулу для нахождения нормального напряжения, и определяется величина нормального напряжения. В качестве анализа обучающиеся могут лишь сравнить величины полученных нормальных напряжений деревянных образцов вдоль и поперек волокон. А если подвергать испытанию на прочность образец какой-либо конструкции, то основным выводом должно стать заключение о достаточной или недостаточной прочности испытуемого объекта. Естественно для этого нужна сравнительная характеристика, в качестве которой должно выступать предельное напряжение породы древесины, из которой изготовлена изделие. Однако в справочной литературе такую величину найти достаточно сложно. Так, например, в справочнике лесоматериалов сказано, что средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет около 50 МПа. На наш взгляд это очень усредненный показатель, не учитывающий ряд факторов, определяющих прочностных характеристики деревянных изделий, это и влажность, и наличие механических дефектов, и порода древесины. Лабораторное исследование в таком случае получается очень поверхностным.

Учитывая специфику подготовки будущих специалистов в различных отраслях промышленности, может также стать полезной информация о влиянии температурных параметров на прочностные свойства дерева.

Придя к выводу о недостаточности существующих данных о прочностных характеристиках древесины различных пород, пришли к выводу о целесообразности проведения студенческих научных работ по данной тематике. Были определены задачи обучающимся для реализации в течение учебного года.

Планируется провести исследование наиболее часто применяемых пород древесин на прочность при воздействии различных факторов, таких как повышенная влажность, наличие в структуре материала механических повреждений. Для реализации намеченных планов подготавливаются образцы деревянных материалов различных пород. Планируется использовать для исследований следующие породы древесины: сосна, бук, береза, осина, липа. Данные породы древесины находят наибольше распространение при изготовлении деревянных конструкций. Далее с образцами будет проводиться дальнейшая работа с целью реализации разнообразных возможных ситуаций. На завершающем этапе работы планируется получить уточненные данные, касающиеся температуры самовоспламенения деревянных образцов различных пород. Результаты данной студенческой работы будут публиковаться в последующем.

Список литературы

  1. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Повышение надежности пожарной техники применением модернизированных смазочных материалов // Пожаровзрывобезопасность. – 2010. – Т. 19. – №2. – С. 50 – 53.
  2. Киселев В.В. Определение наиболее опасного сечения бруса при деформции растяжение – сжатие. // NovaInfo.Ru (Электронный журнал.) – 2016 г. – № 56; URL: http://novainfo.ru/article/9052
  3. Киселев В.В., Полетаев В.А. Исследование триботехнических характеристик металлосодержащих присадок к маслам, используемым в электрических машинах // Вестник ИГЭУ. – 2011. – Выпуск 2. – С. 65 – 67.
  4. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Перспективы использования модернизированных смазочных материалов в пожарной и аварийно-спасательной технике // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. – 2011. – №3. – С. 23 – 29.