GRNTI 67.11 Строительные конструкции
BBK 385 Строительные конструкции
The paper proposes a methodology based on the methods of fracture mechanics, and presents the results of experimental studies on the controlling parameters of fracture toughness of the second form of the destruction of the products and structures from glued wood.
control of fracture toughness, fracture toughness, laminated wood, fracture, fracture mechanics
Механика разрушения предназначена развивать методы прогноза разрушения тел с дефектами типа трещин. При расчете с позиций механики разрушения (МР) учитывается размер и форма трещины, геометрия тела, уровень нагружения, а также свойства материала, характеризуемые силовыми (критический коэффициент интенсивности напряжений (КИН КC)) и энергетическими (критическая интенсивность освобождения энергии (GC)) характеристиками [1], [2], [3].
Критическую интенсивность освобождения энергии клееной древесины при нормальном отрыве предлагаем определять методом податливости на основании призматических образцов с двумя поперечными надрезами и кососимметричным нагружением. Подобного рода образцы были использованы в для цельной древесины в работе [4]. С целью апробации данной методики в лабораторных условиях провели испытания образцов такого типа размерами: h=30 мм, L=2b=60 мм ,c=L/15=4 мм, толщиной t=140 мм и длиной задаваемой трещины а=6, 7,5, 9, 10,5 мм (0,2h, 0,25h, 0,3h, 0,35h) (рис.1). Образцы вырезались из клееных деревянных балок длиной 2800 мм сечением 170×140 мм (материал – сосна, клей ФР-12). Влажность образцов перед началом испытаний составила 9 %.
Рис. 1. Призматический образец с двумя поперечными надрезами для определения GIIc.
Начальную трещину инициировали ножовочным полотном толщиной 2 мм, не доводя до заданной длины на 1 мм, которые затем дорабатывали специально изготовленным ножовочным полотном, делающим пропил по клеевому шву толщиной не более 0,1 мм. Такое заострение моделировало натуральную форму вершины трещины и дало наибольшую концентрацию напряжений.
Во время испытаний образцы не теряли устойчивость и разрушались хрупко со слабой акустической эмиссией. Развитие трещины, начинающейся в клеевом слое, в последующем переходило в массив древесины.
В результате испытаний были получены разрушающая нагрузка Рfr и диаграмма «нагрузка-перемещение точки приложения силы». Далее GIIC вычисляли методом податливости. По кривым диаграмм были определены экспериментальные значения податливостей Сexp. Для этого на базе прямолинейных участков восходящих ветвей указанных кривых были определены регрессионные прямые y=bx. По наклону прямых были вычислены величины податливостей С при каждой длине инициированной трещины (C=1/b). Далее построили зависимость между С и длиной трещины а (С(а)=9,023 10-5 е0,0657а) и критическую энергию освобождения вычислили по формуле
, (1)
где Q – экспериментальные значения поперечных сил в сечениях с надрезами.
Результаты эксперимента приведены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты испытаний балочных образцов на трещиностойкость при сдвиге
|
Направление волокон склеиваемых частей |
Марка образца |
Pfr (Н) . |
Pfr срзнач (Н) |
Qmax (Н) |
sр |
gр (%) |
С (мм/Н)*10-3 |
Ссрзнач. (мм/Н)*10-3 |
sс *10-5 |
gс (%) |
dC/da *10-5 |
GIIC (Н/м) |
|
Смешанное |
0,2b№1 |
5820 |
12746 |
11153 |
3754 |
29,4 |
0,178 |
0,139 |
1,97 |
14,2 |
0,879 |
3906 |
|
0,2b№2 |
11690 |
0,139 |
||||||||||
|
Тангенциальное |
0,2b№1 |
10120 |
0,131 |
|||||||||
|
0,2b№2 |
14500 |
0,119 |
||||||||||
|
0,2b№3 |
19260 |
0,12 |
||||||||||
|
Радиальное |
0,2b№1 |
11070 |
0,164 |
|||||||||
|
0,2b№2 |
15180 |
0,128 |
||||||||||
|
0,2b№3 |
14330 |
0,133 |
||||||||||
|
Смешанное |
0,25b№1 |
7930 |
11004 |
9629 |
3188 |
28,9 |
0,184 |
0,148 |
1,96 |
13,3 |
0,97 |
3212 |
|
0,25b№2 |
7650 |
0,155 |
||||||||||
|
0,25b№3 |
10680 |
0,161 |
||||||||||
|
Тангенциальное |
0,25b№1 |
12110 |
0,123 |
|||||||||
|
0,25b№2 |
10240 |
0,14 |
||||||||||
|
0,25b№3 |
11550 |
0,124 |
||||||||||
|
Радиальное |
0,25b№1 |
10500 |
0,154 |
|||||||||
|
0,25b№2 |
19090 |
0,126 |
||||||||||
|
0,25b№3 |
9290 |
0,162 |
||||||||||
|
Смешанное |
0,3b№1 |
7030 |
9906 |
8667 |
2088 |
21,0 |
0,168 |
0,165 |
2,18 |
13,2 |
1,071 |
2873 |
|
0,3b№2 |
8190 |
0,188 |
||||||||||
|
0,3b№3 |
12200 |
0,153 |
||||||||||
|
Тангенциальное |
0,3b№1 |
10550 |
0,131 |
|||||||||
|
0,3b№2 |
13830 |
0,131 |
||||||||||
|
0,3b№3 |
10360 |
0,164 |
||||||||||
|
Радиальное |
0,3b№1 |
7850 |
0,176 |
|||||||||
|
0,3b№2 |
8500 |
0,186 |
||||||||||
|
0,3b№3 |
10640 |
0,192 |
||||||||||
|
Смешанное |
0,35b№1 |
11150 |
7111 |
6222 |
2206 |
31,0 |
0,148 |
0,185 |
3,16 |
17,1 |
1,182 |
1664 |
|
0,35b№2 |
9320 |
0,154 |
||||||||||
|
0,35b№3 |
5470 |
0,214 |
||||||||||
|
Тангенциальное |
0,35b№1 |
7070 |
0,165 |
|||||||||
|
0,35b№2 |
4430 |
0,23 |
||||||||||
|
0,35b№3 |
8150 |
0,149 |
||||||||||
|
Радиальное |
0,35b№1 |
5880 |
0,189 |
|||||||||
|
0,35b№2 |
8350 |
0,187 |
||||||||||
|
0,35b№3 |
4180 |
0,23 |
sр , sс – среднеквадратичное отклонение по разрушающей нагрузке и податливости соответственно
gр, gс – коэффициент вариации по разрушающей нагрузке и податливости соответственно
В результате (табл. 1) среднее значение критической интенсивности освобождения энергии без учета направления волокон склеенных частей GIIC=2906 Н/м.
Рекомендуемая методика определения критической интенсивности освобождения энергии клееной древесины методом податливости на основании испытаний призматических образцов с двумя поперечными надрезами обеспечивает стабильность результатов, а также легко реализуема в лабораторных условиях, а следовательно может быть использована при контроле параметров трещиностойкости второй формы разрушения изделий и конструкций из клееной древесины.
1. Naychuk A.Ya. Derevyannye konstrukcii v sportivnyh zdaniyah i sooruzheniyah Respubliki Belarus'. Zbіrnik naukovih prac' Ukraїns'kogo naukovo-doslіdnogo ta proektnogo іnstitutu stalevih konstrukcіy іmenі V.M. Shimanovs'kogo. Vipusk 5. 2010 r
2. Naychuk A.Ya., Zaharkevich I.F. Nekoto-rye voprosy normirovaniya vyazkosti razrusheniya drevesiny // BrGTU. Stroitel'stvo i arhitektura. 2005. № 2(32). S. 57–59.
3. Naychuk A.Ya Prochnost' elementov derevyannyh konstrukciy v usloviyah slozhnogo neodnorodnogo napryazhennogo sostoyaniya // Avtoref. dis. Dokt. tehn nauk. M., 2006. 46 s.
4. Gappoev M.M. Ocenka nesuschey sposob-nosti derevyannyh konstrukciy metodami mehaniki razrusheniya // Avtoref. dis. Dokt. tehn nauk. M., 1996. 34 s.
