Длительное сопротивление древесины и пластмасс

Упругопластические материалы имеют значительно изменяющиеся во времени прочность, сопротивляемость и деформативность при постоянной длительной нагрузке.

При длительном действии нагрузки предел прочности уменьшается, но это понижение наблюдается до определенного значения — предела длительного сопротивления σ_дл. Имея зависимость между разрушающим напряжением и временем от начала загружения до разрушения образца, можно построить кривую длительного сопротивления (рис. 20). Любая точка этой кривой показывает, что для разрушения материала при данном напряжении σ_пч>σ_п>σ_дл необходимо некоторое время t (от 0 до ∞). Величина σ_пч (предел прочности) находится обычными машинными испытаниями при t=0, остальные точки кривой длительного сопротивления находятся при длительных испытаниях. Пределом длительного сопротивления называется наименьшее значение предела прочности материала, полученное при испытании постоянной статической нагрузкой, действующей достаточно долгое время.

Физическая суть рассмотренных особенностей длительной прочности и жесткости объясняется композиционной структурой и составом материалов. В древесине упругим элементом являются волокна древесного вещества, состоящие в основном из целлюлозы, а вязким — межклеточное вещество, состоящее преимущественно из лигнина. Нагружение древесины сопровождается переходом усилий с вязкого межклеточного вещества на упругую целлюлозную основу. Этот процесс требует времени и завершается тем скорее, чем выше напряжение. Если в результате перераспределения сил прочность целлюлозной основы будет превзойдена, то через промежуток времени, определяемый длительным сопротивлением материала, наступает его разрушение. Длительное действие эксплуатационных нагрузок учитывается при нахождении расчетного сопротивления древесины умножением предела прочности на коэффициент k_дл=0,67.

Для древесных пластиков закономерности длительной прочности и деформативности аналогичны чистой древесине и таким же образом учитываются в расчетах конструкций.

Рассмотренные закономерности длительной прочности и деформативности в целом справедливы и для синтетических композиционных материалов. Но в зависимости от структуры полимера (цепная или сетчатая), связующего, от вида, объемного содержания и схемы армирования стеклонаполнителя, от вида напряженного состояния в них в разной степени (с различной скоростью и продолжительностью) проявляются упругие, вязкие и пластические деформации. В расчетах длительность нагрузки учитывается коэффициентом k_дл, значение которого, например, для полиэфирных стеклопластиков составляет 0,2...0,4 для СВАМ — 0,6...0,7; для АГ = 4С — 0,75; для конструкционных термопластов — 0,3, конструкционных тканей (капроновых) — 0,5, полимербетонов — 0,45...0,63 и т. д.