Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР НАУЧНЫХ И МЕТОДИЧЕСКИХ РАБОТ ПО
ПРОБЛЕМЕ КОНТРОЛЯ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ
1.1 Подходы к оценке параметров трещиностойкости изделий и конструкций из клееной древесины , 9
1 2 Обзор исследований по трещиностойкости цельной и клееной древесины 14
1.3 Цель и задачи диссертационной работы 25
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИК КОНТОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕЩИНОСТОЙ
КОСТИ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ
2 1 Первая модель разрушения - нормальный отрыв 27
2 1.1 Разработка методики измерения критического коэффициента интенсивности напряжений Кіс 27
2.1 2 Разработка методики измерения критической интенсивности освобождения энергии 31
2 2 Вторая модель разрушения - сдвиг
2 2 1 Разработка методики измерения критического коэффициента интенсивности напряжений 34
2 2 2 Разработка методики измерения критической интенсивности освобождения энергии 39
2 3 Методика исследования трещиностойкости клееной древесины из гибаемых элементов с краевыми силовыми трещинами в зоне рас
тяжения 41
24 Основные выводы по главе II 43
3 ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕДЛОЖЕННЫХ МЕТОДИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТРЕЩИ
НОСТОЙКОСТИ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ
3 1 Применение предложенных методик для контроля трещиностойкости изделий и конструкций из клееной древесины в лабораторных условиях при нормальном отрыве 47
3.1.1 Применение предложенной методики для определения в лабораторных
условиях критического коэффициента интенсивности напряжений при нормальном отрыве з
3.1 2 Применение предложенной методики для определения в лабораторных
условиях критической интенсивности освобождения энергии при нор мальном отрыве 51
3.2 Применение предложенных методик для контроля трещиностойкости изделий и конструкций из клееной древесины в лабораторных условиях при сдвиге 61
3.2.1 Применение предложенной методики для определения в лабораторных условиях критического коэффициента интенсивности напряжений при сдвиге 61
3.2 2 Применение предложенной методики для определения в лабораторных условиях критической интенсивности освобождения энергии при сдвиге.. 68
3.3 Применение предложенной методики для контроля трещиностойкости изделий и конструкций из клееной древесины в лабораторных условиях при изгибе 79
3.4 Зависимость трещиностойкости изделий и конструкций из клееной древесины от фактора времени 84
3 5 Основные выводы по главе III 90
4 КОНТРОЛЬ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ
4.1 Рекомендации по методике контроля трещиностойкости изделий и конструкций из клееной древесины на малых образцах при статическом нагружении 94
4.1.1 Общие положения 94
4.1 2 Изготовление образцов 95
4.1 3 Испытательное оборудование 100
4.1 4 Проведение испытаний 101
4.1.5 Обработка результатов испытаний 102
4.2 Конірольтреіципостойкосін іпдслпіі и конструкций in клееной древесины 103
4 3 Способ изготовления клееной древесины, повышающий стойкость к
трещинообразованию 112
4 4 Основные выводы по главе IV 115
Введение к работе
Актуальность темы. С давних времен древесина являлась важным материалом, используемым человеком для строительства. В настоящее время, несмотря на широкое распространение различных конструкционных материалов из пластмасс, древесина не утратила своего значения благодаря ее уникальным свойствам: малый удельный вес и низкая теплопроводность, высокие прочность и жесткость, стойкость к агрессивным средам и излучениям, способность гасить вибрацию и поглощать энергию ударных нагрузок, эстетичный вид, легкость обработки и склеивания. Цельную и клееную древесину широко применяют для изі отопления строительных конструкций и деталей, шпал, крепи для горнорудной промышленности, спортивного инвентаря, мебели и т.д. Кроме того, древесина, в отличие от многих других конструкционных материалов, обладает возобновляемой сырьевой базой и более низкой энергоемкостью при ее заготовке и обработке. Это делает ее вполне конкурентоспособной и условиях ограниченности природных ресурсов Земли.
Наряду с перечисленными достоинствами древесина обладают и рядом недостатков: одним из них (наиболее существенным) является наличие дефектов и повреждений в виде трещин, связанных с воздействием причин силового или технологического характера. При проектировании новых конструкций и изделий из цельной и клееной древесины и их усилении влияние этих пороков приходиться учитывать путем повышения коэффициента запаса прочности, в результате чего увеличивается их материалоемкость. Поэтому одной из первостепенных задач, стоящих перед учеными и исследователями, является изучение причин возникновения трещин, разработка способов их диагностики и контроля, а также способов повышения трещиностойкости изделий и конструкций из цельной и клееной древесины.
Изучением процессов формирования и развития трещин в конструкциях занимается механика разрушения. В последние годы многие базовые принципы механики разрушения успешно применены к металлическим и бетонным конструкциям, в результате чего в нашей стране вышли нормативные документы: ГОСТ 25.506-85 (Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещи н о стой кости (вязкости разрушения) при статическом нагру-жении); ГОСТ 29167-91 (Бетоны. Методы определения характеристик трещино-стойкости {вязкости разрушения) при статическом нагружении). Появились аналогичные нормативные документы и за рубежом. Что же касается древесины (как цельной, так и клееной), то в России таких документов до сих пор пет, а за рубежом лишь обсуждаются проекты нормативной документации пока только для цельной древесины.
Объектом исследований являются образцы, изделия и конструкции из клееной древесины, а предметом исследований - способы и средства контроля тре іди поста йкости изделий и конструкций из клееной древесины.
Основной целью диссертации является развитие и применение методов контроля трещи но стой кости изделий и конструкций из клееной древесины, основанных на закономерностях строительной механики и механики разрушения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
- разработать методы определения критической интенсивности освобождения энергии в вершине трещины в образцах из клееной древесины;
- усовершенствовать существующие методики по определению критического коэффициента интенсивности напряжений (КИН) применительно к образцам из клееной древесины;
- определить значения параметров трещи но стой кости клееной древесины по первой (нормальный отрыв) и второй (сдвиг) моделям разрушения;
- исследовать влияние на трещи но стой кость клееной древесины взаимного расположения ее слоев, геометрических размеров, длительности нагружения;
- разработать метод определения коэффициента интенсивности напряжений в вершине торцевой трещины сдвига для изгибаемых элементов, позволяющий контролировать тре щи но стой кость клееных деревянных конструкций и изделий в течение всего срока службы без применения ЭВМ; - на основе выявленных закономерностей трещинообразования разработать способ изготовления клееных деревянных конструкций и изделий, повышающий их сопротивляемость к трещинообразованию.
Методы исследования. При проведении теоретического анализа работы изделий и конструкций из клееной древесины с трещинами использовались классические методы строительной механики и теории упругости, а также методы механики разрушения; при проведении экспериментальных исследований -методы экспериментальной механики, а при обработке полученных результатов - методы математической статистики.
Достоверность научных положений и результатов диссертации подтверждается использованием фундаментальных методов строительной механики и механики разрушения, большим объемом экспериментов, а также сопоставлением полученных экспериментальных результатов с аналогичными результатами исследований других авторов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- разработаны новые методики определения критической интенсивности освобождения энергии клееной древесины по первой и второй моделям разрушения на малых образцах методом статического нагружения и получены их численные значения;
- усовершенствованы существующие методики определения критического коэффициента интенсивности напряжений по первой, второй и смешанной моделям разрушения на малых образцах методом статического нагружения и получены их численные значения;
- на основе предложенных методик построены графические и аналитические зависимости параметров трещииостоикости древесины в зависимости от длины трещины, геометрических размеров элемента и структуры клееной древесины при кратковременной и длительно действующей нагрузках;
- разработан метод определения коэффициента интенсивности напряжений путем анализа напряженно-деформированного состояния в вершине торцовой трещины сдвига в изгибаемых элементах, позволяющий контролировать трещиностоикость изделий и конструкций из клееной древесины в течение всего срока службы без применения ЭВМ.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
- разработанные методики определения критической интенсивности освобождения энергии на малых образцах при статическом нагружении, а также усовершенствованные методики определения критического коэффициента интенсивности напряжений первой и второй форм разрушения клееной древесины могут быть использованы для получения стандартизованных численных значений параметров трещ и но стойкости этого материала;
- разработанный метод определения коэффициента интенсивности напряжений в вершине торцевой трещины сдвига в изгибаемых элементах может применяться для контроля трещиностойкости изделий и конструкций из клееной древесины в течение всего срока службы без применения ЭВМ;
- на основе выявленных закономерностей грещинообразования в образцах из клееной древесины разработан способ изготовления клееных деревянных конструкций, повышающий их трещи но стой кость, который может найти широкое применение в строительной практике.
Основные результаты работы используются в учебном процессе Курск-ГТУ и ОрелГТУ при изучении курсов дисциплин "Обследование и усиление строительных конструкций" и "Реконструкция зданий, сооружений и застройки".
Новизна некоторых технических решений подтверждается наличием патента РФ на изобретение, выданного автору.
Научные положения, выносимые на защиту:
- методики определения в лабораторных условиях параметров трещиностойкости клееной древесины;
- результаты исследования влияния на трещи ностоикость клееной древесины ее строения, геометрических размеров элементов, длительности нагруже-ния;
- метод определения коэффициента интенсивности напряжений в вершине торцовой трещины сдвига в изгибаемых элементах из клееной древесины;
- способ изготовления клееных деревянных конструкций с повышенной сопротивляемостью клееной древесины трещинообразованию.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Международной научно-технической конференции Белгородской ГТАСМ (Белгород, 2000); Всероссийской научно-технической конференции с международным участием Воронежской ГЛА (Воронеж, 2001); Международной научно-технической конференции Щецинского ГТУ (Польша, 2002); Международной научно-технической конференции Белгородской ГТАСМ (Белгород, 2002), на Ш-их академических чтениях РААСН (Курск, 2005); на международной научно-технической конференции «Приборостроение - 2005» (Винница - Ялта).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 научных работ и получен один патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и двух приложений. Работа изложена на 144 страницах машинописного текса и включает 54 иллюстрации (рисунков и фотографий), 25 таблиц и 13 страниц приложений. Библио-ірафический список включает 128 наименований.
