Упругость древесины является одной из главных характеристик механических свойств дерева. Упругостью называют способность материала, в данном случае – дерева, сопротивляться деформации под действием механического напряжения.
Упругость древесины зависит от нескольких параметров древесины:
— влажности. Чем выше влажность – тем ниже упругость
— прямослойности. Свилеватая древесина менее упруга, чем прямослойная
— объемного веса. Легкая древесина не так упруга, как тяжелая и плотная
— возраст. Молодая древесина менее упруга, чем зрелая
— размеры сердцевинных лучей. Например, у хвойных пород древесины сердцевинные лучи однорядные и очень мелкие, поэтому такая древесина отличается большой упругостью, невзирая на относительно небольшой удельный вес.
— заболонная древесина менее упруга, чем ядровая.
Модуль упругости дерева
При недлительных нагрузках до напряжений, которые соответствуют пределу пропорциональности (иными словами – до момента, когда процесс деформации окажется необратимым), деформация материала пропорциональна его напряжению, и после снятия нагрузки исчезает. Упругость древесины также именуют жесткостью древесины или деформативностью древесины.
Для определения упругости древесины используют понятия модуля упругости древесины, коэффициента деформации и модуля сдвига. При этом все показатели будут существенно отличаться в зависимости от того, в каком направлении приложена нагрузка – вдоль древесных волокон, тангенциально поперек древесных волокон, радиально поперек древесных волокон.
— Модуль упругости древесины Е – это соотношение между нормальными напряжениями и относительными деформациями. Различают следующие модули упругости: вдоль волокон Еа, поперек волокон тангенциальный Еt, поперек волокон радиальный Еr, модуль упругости при изгибе Еизг;
— Модуль сдвига древесины G – это соотношение между касательными напряжениями и относительным сдвигом
— Коэффициент поперечной деформации дерева µ – это соотношение поперечной деформации к продольной, которые возникают при нагрузке стержня.
Модуль упругости древесины основных пород
Порода древесины | Модуль упругости древесины на растяжение, МПа | Модуль упругости древесины на сжатие, МПа | Модуль упругости древесины на изгиб (статический), МПа | ||||
Еа | Еt | Еr | Еа | Еt | Еr | ||
Береза | 18 300 | 490 | 670 | 16 100 | 520 | 670 | 15 400 |
Ель | 14 600 | 490 | 690 | 14 500 | 430 | 660 | 11 000 |
Сосна | 12 100 | 500 | 580 | 12 100 | 570 | 690 | 12 600 |
Дуб | 14 300 | 890 | 1 160 | 14 300 | 970 | 1 340 | 15 400 |
Модуль упругости дерева исчисляется в МПа, или в кГс/см2 (1 МПа = 10,19716213 кГс/см2))
Коэффициенты поперечной деформации основных пород дерева
Порода древесины | µra | µta | µar | µtr | µat | µrt |
Береза | 0,58 | 0,45 | 0,043 | 0,81 | 0,04 | 0,49 |
Ель | 0,44 | 0,411 | 0,017 | 0,48 | 0,031 | 0,025 |
Сосна | 0,49 | 0,41 | 0,03 | 0,79 | 0,037 | 0,038 |
Дуб | 0,43 | 0,41 | 0,07 | 0,83 | 0,09 | 0,34 |
Модуль сдвига основных пород древесины
Порода | Gra (МПа) | Gta (МПа) | Grt (Мпа) |
Береза | 1 510 | 870 | 230 |
Ель | — | — | 50 |
Сосна | 1 210 | 780 | — |
Дуб | 1 380 | 980 | 460 |
Модуль упругости древесины обязательно учитывается при сооружении кровельных и стропильных систем, поскольку определение внутренних усилий древесины от воздействия нагрузок играет здесь очень важную роль. К тому же, упругость древесины имеет значение при изготовлении ружейных лож, ручек к ударным инструментам, молотам и прочим случаям, где необходимо смягчить толчки.
Пластичность древесины
Говоря об упругости древесины, невозможно не упомянуть о ее антиподе – пластичности. Пластичность древесины – это ее способность изменять форму при воздействии нагрузки и сохранять ее и после воздействия нагрузки. Данный показатель зависит от тех же факторов, что и упругость, однако их действие будет обратным (чем влажнее древесина – тем она пластичней, чем старше – тем менее пластична и т.д.).
Пластичность древесины можно повысить путем пропарки или проварки горячей водой. Такие методы используют при производстве гнутой мебели, полозьев для саней и прочих мест, где пластичность дерева играет ключевую роль. Среди популярных пород древесины наибольшей пластичностью обладают бук, вяз, ясень и дуб. В частности, у бука хорошая пластичность обусловлена множеством крупных сердцевинных лучей, которые изгибают древесные волокна. У вяза, ясеня и дуба при изгибании крупные сосуды, расположенные кольцевыми рядами в годовых слоях, значительно сдавливаются поздней, более плотной, древесиной, чем и объясняется их высокая пластичность.
Татьяна Кузьменко, член редколлегии Собкор интернет-издания «AtmWood. Дерево-промышленный вестник»