ОБЗОР ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ

Аннотация

В обзоре представлено современное состояние в области теоретического и экспериментального исследования динамического деформирования и разрушения древесных материалов. Рассмотрены ортогональные свойства древесины, особенности ранней и поздней древесины, проанализированы динамические свойства древесины, а также влияние скорости деформации при динамическом сжатии. Отмечено, что древесина разных пород в основном используется в качестве одного из материалов, демпфирующих динамические нагрузки в результате ударов или взрывов. Например, она способна смягчить результаты высокоскоростных воздействий на содержимое контейнеров при перевозке опасных материалов авиационным, автомобильным и железнодорожным транспортом.
Установлено, что причиной возникновения эффектов внутреннего трения в древесине являются области лигнина, в который погружены пучки молекул целлюлозы (микрофибриллы) диаметром 25–30 нм, которые по своей структуре являются кристаллическими, что приводит к вязкоупругому поведению – внутреннему демпфированию. Для улучшения демпфирующих свойств рекомендовано выбирать древесину с низким углом микрофибрилл.
Показано, что кривая напряжение–деформация при динамическом сжатии древесины состоит из трех отдельных частей: начальной упругой области, области текучести и области уплотнения. Основные характеристики сжатия, то есть составные части кривой напряжение–деформация и разрушение волокон, не зависят от температуры. Модуль Юнга значительно больше в продольном направлении, чем в радиальном и тангенциальном направлениях. Скорость деформации, температура и влажность оказывают большое влияние на прочностные свойства древесины.
Рассмотрены особенности механического поведения зон ранней и поздней древесины в массиве ствола дерева. Поздняя древесина обладает большей жесткостью по сравнению с ранней. В результате различия в механических свойствах древесных волокон во время сжатия волокна ранней древесины могут быть разрушены, в то время как волокна поздней древесины остаются неповрежденными.
Вследствие сложности структуры древесины для ее достоверного описания численной моделью необходимы сложные модели, учитывающие влияние не только температуры, скорости деформации и вида напряженно-деформированного состояния, но и угла между направлением нагружения и направлением волокон древесины. Рассмотрены две основные группы моделей древесного материала: микромеханическая, моделирующая детали структуры древесины, и континуальная, моделирующая поведение древесины в целом.