mehanske lastnosti lesa - oddelek za lesarstvo...

1

MEHANSKE LASTNOSTI

LESA

Napetost in deformacija

Prednosti les pred drugimi inženirskimi materiali.

Naraven biološki in obnovljiv material,

Energijske zahteve so v postopkih predelave in

obdelave mnogo manjše kot pri uporabi drugih

materialov (cement, kovine …),

Proizvodnja je okolju prijazna tako – manjša energijska

poraba in onesnaženje.

Zelo ugodno je razmerje med trdnostjo in gostoto,

Prijeten videz in »toplina«ga uvrščata med sodobne in

aktualne materiale.

MEHANSKE LASTNOSTI LESANapetost in deformacija

2

Osnovne vrste obremenitev

TLAK NATEG STRIG

UPOGIB


1, 2 – NATEG

3, 4 – STRIG,

RAZKOLNOST

5, 6 – TLAK

7, 8 – TRDOTA

9 - UPOGIB


Vzorčenje

3

Enoosna napetost in deformacija

Linearna elastičnost F = k x

Nelinearna elastičnost F = k xn

x

F n>1

n<1

n=1

Normalna napetost - deluje

osno ali pravokotno na prečno

ravnino – t.j. v smeri normale

A

F

in povzroči deformcijo

l

x

= E


W=F x/2

DC

B

A

zr

prop

A naleganje

Napetostno deformacijska krivulja

B linearna elastičnost

D porušitev

C nelinearnost


4


zr

zr

NATEG

TLAK

prop 30 – 50 % zr

prop 60 % zr

Etg

ENATEG = ETLAK

zr NATEG 2 x zr TLAK

Elastične deformacije

ZNAČILNOSTI

trenutne – časovno neodvisne,

povračljive ali reverzibilne

NASTANEJO

pri manjših obremenitvah

pri kratkotrajnem delovanju

pri nižjih temperaturah in vlažnosti


= E

- napetost

- specifična deformacija

E - modul elastičnosti ali

Youngov modul

5

Modul elastičnosti (E – modul)

izkazuje hipotetično napetost, pri kateri bi se

material podaljšal za svojo osnovno dolžino

podaja elastično odpornost telesa proti deformaciji

je merilo elastične togosti telesa


Določanje modula elastičnosti

tritočkovni upogibni preizkus

deformacijo povzroča tudi strižni moment, ki pri izračunu ni upoštevana

)(4

)(

12

3

12

3

3aabt

FFLEL


F2 … 40% sile porušitve


a1 … poves pri sili F1


L … razdalja med podporama

b … širina preizkušanca

t … višina preizkušanca

6

Določanje modula elastičnostištiritočkovni upogibni preizkus

dinamičnimi testi, preko lastnih frekvenc nihanja vzorcev

)(8

)()(3

12

3

12

2

4aabt

FFmfLEL






L … razdalja med podporama

f … razdalja obremenilnih sil

m … središčna razdalja merjenja

b … širina preizkušanca

t … višina preizkušanca

34 222 m

E

Vpliv gostote na modul elastičnosti jesenovine.


7

Vpliv vlažnosti na modul elastičnosti za smrekovino različne gostote



Vpliv vlažnosti na modul elastičnosti za hrastovino različne gostote

8

Gostota

E-m

od

ul

E = 25,156 0,9454

ZRAČNO SUH LES

E = 13,517 0,9796

SVEŽ LES


Poprečne vrednosti modula elastičnosti v odvisnosti od

temperature pri različnih lesnih vlažnostih


0%

8%

12%

20%

70

80

90

100

110

20 40 60- 20 0

Temperatura

Modul e

lastičnosti

%

9


2000

4000

6000

8000

10000

0

E -

modul

12000

14000

Potek vlaken []

15 30 45 60 75 90

BUKOVINA

SMREKOVINA

Odvisnost modula

elastičnosti bukovine

in smrekovine od

smeri poteka vlaken

• Poissonovo razmerje

• negativna vrednost razmerja

med pasivno in aktivno

deformacijo

i

j

ij

F

F

x/2

x/2

y/2 y/2


10

CILINDRIČNO - ORTOTROPNA ELASTIČNOST


E =

246,4

GP

a

E = 16,4GPa

Moduli elastične za kristalni del celuloze so odvisne od smeri

11

Velika

togost

Povprečno Velika

podajnost

E-modul E [GPa] 7,0 1,8 0,2

Strižni modul G

[GPa]

2,7 0,7 0,08

Poisonovo

razmerje

0,3 0,3 0,3

Inženirske elastične konstante za matrični izotropni del s

poudarjeno togostjo, povprečno in veliko podajnostjo


Natezne trdnosti osušenih lesnih komponent [MPa]

Celulozne molekule 7000

Posamezna lignificirana lesna vlakna 700

Les – vzdolžno 140

Les – prečno 3


12

OSNOVNA CELICA

DEFORMIRANA CELICA

LUMEN

TRAKOVI

Ortotropne deformacije lesa se kažejo tudi na mikroskopskem nivoju



T

R

13

Deformacija vzdolžno obremenjenega lesa

• L = sL L

• T = sTL L

• R = sRL L

L, R, T deformacije v vzdolžni, radialni in rangencialni smeri

sL, sTL,sRL podajnostni koeficienti

L

L

T/2

L/2

R/2

L = L/LR = R/RT = T/T


Deformacija tangencialno obremenjenega lesa

• L = sLT T

• T = sT T

• R = sRT T

R/2

T/2

L/2

T

T


14

Deformacija radialno obremenjenega lesa

T/2

R/2

L/2

R

R

• L = sLR R

• T = sTR R

• R = sR R


Skupna deformacija pri delovanju treh

normalnih napetosti

• L = sL L + sLR R + sLT T

• R = sRL L + sR R + sRT T

• T = sTL L + sTR R + sT T


T

R

L

TTTRTL

RTRRRL

LTLRLL

T

R

L

sss

sss

sss

15

Strižne deformacije

Strižne napetosti povzročijo le strižne deformacije

R

T

TR

RT

R

T

RT = R/T + T/RT, R 0

Analogno velja

TL = T/L + L/T

LR = L/R + R/L

Ortotropna elastičnost za les


12

13

23

3

2

1

66

55

44

332331

232221

131211

12

13

23

3

2

1

00000

00000

00000

000

000

000

s

s

s

sss

sss

sss

2

2112

Es

3

31

13E

s

3

32

23E

s

1

1221

Es

1

13

31E

s

2

23

32E

s

16


L

R

T

RT

LT

LR

1/EL -RL/ER -TL/ET 0 0 0

-LR/EL 1/ER -TR/ET 0 0 0

-LT/EL -RT/ER 1/ET 0 0 0

0 0 0 1/GRT 0 0

0 0 0 0 1/GLT 0

0 0 0 0 0 1/GLR

L

R

T

RT

LT

LR

=


RL in TL sta zelo majhni ter eksperimentalno težko določljivi

L

LR

R

RL

EE

T

TL

L

LT

EE

)(1

TLTRLRL

L

LE

)(1

TRTLRLR

R

RE

)(1

RTRLTLT

T

TE



17

V linearno elastičnem območju se vplivi

napetosti, krečenja (ali nabrekanja) in

toplotne razteznosti seštevajo


= e + u + T

u =

qL

qT

qR

0

0

0

T =

L

T

R

0

0

0

qL,T,R … diferencialni nabrek v vzdolžni, radialni in tangencialni smeri

L,T,R … koeficient toplotnega raztezka v vzdolžni, radialni in tangencialni smeri

Ortotropna elastičnost

Vpliv lesne vlažnosti na elastične in strižne module ter Poissonova števila

18

(b)(a)

Cell

Wall

Fibers

Shear

Line

(b)(a)

Cell

Wall

Fibers

Shear

Line

(b)(a)

Cell

Wall

Fibers

Shear

Line“Strižna”

ravnina

Celična

stena

Vlakna

Uklon vlaken in formiranje porušitvenih ravnin pri tlačnih obremenitvah

x

x

x

xtg ss

s

x

x

Strižne napetosti

Strižna deformacija

s = G s


mehanske lastnosti lesa - oddelek za lesarstvo...

Documents