Реологические свойства древесины. 
Реологическая модель и закономерности ее деформирования. 
Зависимость величины реологических коэффициентов от температуры и влажности древесины

При длительном воздействии механических нагрузок, колебаний влажности и температуры проявляются так называемые реологические свойства древесины, т. е. ее способность деформироваться под нагрузкой во времени. Древесина, или материал клеточных стенок, в основном представляет собой комплекс природных полимеров, имеющих длинные гибкие цепные молекулы. Такая особенность строения полимеров определяет особый характер их поведения под нагрузкой и реологические свойства древесины. При приложении усилий к образцу такого материала могут возникнуть следующие виды деформаций: упругие — вследствие обратимого изменения средних междучастичных расстояний (о них речь шла выше); высокоэластичные, связанные с обратимой перегруппировкой звеньев цепей молекул (при этом объем тела не изменяется); вязко-текучие, обусловленные необратимым смещением молекулярных цепей (объем тела при этом меняется).

Полимеры могут находиться в трех физических состояниях — стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. Каждое из них характеризуется преобладающим типом деформаций. Переход из состояния в состояние происходит при изменении температуры, критические значения которой называются температурой стеклования и температурой текучести. А при изменении влажности влияние температуры на развитие деформаций древесины во времени усиливается.

Поведение реальных тел можно описать при помощи соотношений, содержащих в общем случае напряжения, деформации и их производные во времени. Такие соотношения называют реологическими уравнениями, а параметры, характеризующие материал, — реологическими коэффициентами, напряжения и деформации — реологическими переменными.

Реологические коэффициенты можно получить в процессе двух основных видов испытаний: на ползучесть и релаксацию. В первом случае ведется наблюдение за значением деформации образца, возникающей под действием нагрузки, мгновенно приложенной и неизменяемой в течение испытаний. Во втором случае образцу сообщается начальная деформация, которая во время испытаний поддерживается постоянной. При этом значение напряжений снижается по сравнению с начальным. Кроме того, реологические испытания проводят при константной скорости возрастания напряжений или скорости деформации. Реологические свойства древесины и особенности ее деформирования при различной последовательности силовых, влажностных и температурных воздействий учитываются при разработке режимов гидротермической (например, для получения шпона) и механической (гнутье, прессование) обработки, консервирования, модифицирования древесины.

На основе исследований реологических свойств также выяснилось, что при многократных циклических изменениях влажности древесины жесткость и прочность деревянных конструкционных элементов снижается. Это явление получило название гигроусталость. По некоторым данным, уже после шести циклов увлажнения-сушки с амплитудой 8% (от 20% до 12%) при напряжениях 1,2 МПа модуль упругости снижается примерно на 30%.

Гигроусталость необходимо учитывать при использовании древесины в строительных конструкциях.

Определить прочность образца из древесины бука при статическом изгибе и привести ее к нормализованной влажности, если размеры образца20Ч20Ч300 мм, максимальная нагрузка 1800 Н, а влажность в момент испытания 20%. Нагружение — в одной точке. Поправочный коэффициент б = 0,04 Согласно ОСТ НКЛ 250 для испытания на статический изгиб применяются образцы в форме бруска размерами 20 мм X 20 мм X 300 мм; в образце посредине длины измеряется с точностью 0, 1 мм его ширина b по радиальному и высота h по тангентальному направлению. Неподвижные опоры и нож машины должны иметь закругление; расстояние между центрами опор l = 24 см. Образец располагают на опорах так, чтобы усилие было направлено по касательной к годовым слоям (изгиб тангентальный). Нагружение производится в одной точке посредине между опорами равномерно, который доводится до полного излома. Предел прочности вычисляется по формуле:

= ==101,25МПа Поправочный коэффициент на влажность для древесины всех пород 0,04.

Рис. 1 Схема испытания на статический изгиб: 1 — образец; 2 — нож; 3 — съемные опоры

Предел прочности образца с нормализованной влажностью при необходимости пересчитывают на влажность 12% по формуле:

=+(W-12=101,25=133,65МПа.

Предел прочности образца с влажностью, отличающейся от нормализованной, пересчитывают на влажность 12% по формуле:

===140,625МПа.