Прочность дерева и композиционных материалов при сжатии

Весьма приблизительные величины прочности некоторых распространенныхматериалов приведены в табл. 5. Величины прочности на сжатие получены наобразцах, имеющих отношение длины к толщине от 1 до 3-4. Прочность болеетолстых или более тонких образцов может быть совершенно другой.

Таблица 5 Приблизительные значения предела прочности на сжатиеи растяжение для некоторых материалов

Материал / Предел прочности на растяжение, МН/м / Предел прочности на cжатие, МН/м

Дерево / 100 / 27

Чугун / 40 / 350

Литой алюминий / 40 / 300

Литые цинковые сплавы / 35 / 300

Бакелит, полистирол и другие хрупкие пластмассы / 15 / 55

Цемент / 4 / 40

Один из очевидных выводов, который следует из табл. 5, состоит в том,что если мы конструируем элемент, например изгибаемую балку, в которойесть и область растяжения, и область сжатия, то нужно “глядеть в оба”.Лучшим проектом может оказаться балка с совершенно асимметричным сечением.В чугунных балках викторианских времен площадь растягиваемой зоны обычногораздо больше, чем сжимаемой, потому что чугун лучше работает на сжатие,чем на растяжение (рис. 138). И наоборот, лонжерон крыла деревянного самолета,например планера, всегда гораздо толще сверху, то есть на сжатой стороне,так как при сжатии дерево менее прочно, чем при растяжении (рис. 139).

Рис. 138. Чугунная балкаобычно на растянутой полке делается более толстой, чем на сжатой, потомучто прочность чугуна на разрыв меньше его прочности на сжатие.

Рис. 139. Деревянныйлонжерон крыла планера обычно на сжатой стороне толще, чем на растянутой,потому что дерево при сжатии менее прочно, чем при растяжении.

Прочность дерева и композиционных материалов при сжатии

Он сказал, что делает мачты вот уже пятьдесят лет и, насколько знает, ихвсегда делали из целого дерева. Он сказал, что из всех, кого он встречал, япервый и единственный, кто хочет умышленно погубить хорошую мачту, вырезав еесердцевину, самое чувствительное место. Он сказал, что всякий, кто можетсделать это (и здесь я немного смягчаю его выражения), может ругаться в церкви,сморкаться в скатерть, издавать неприличные звуки и портить инструменты.

…Такие вот дела. Мы оба, Джордж и я, в душе думали, что брус выглядитчересчур гибким и поэтому не могли чувствовать себя спокойно, но передлицом этих знатоков решили, что поступим мудро, оставив эти мысли при себе.И это было правильно. Ибо знатоки есть знатоки. Позднее, когда наши главныеванты были сорваны свирепым шквалом в Гольфстриме, эта мачта гнулась игнулась, и гнулась, пока не стала похожа на букву S, но она стояла.

Моряк из южных морей

Вестон Мартир

В реальной жизни различие между балкой и длинной колонной обычно довольнонеясно. Вытянутая колонна, например кость ноги животного, почти всегдаподвергается изгибу, в результате чего материал ее вогнутой стороны сжатбольше, чем в других местах. С другой стороны, в балках или фермах особенносложной конфигурации сжатый пояс всегда следует проверять с точки зренияего прочности на сжатие. В любом случае, идет ли речь о балке или о колонне,если материал недостаточно прочен на сжатие, разрушение начнется тогда,когда наибольшее сжимающее напряжение достигнет опасного уровня. Лучшимпримером колонн, которые, кроме сжатия, подвергаются и изгибу, служат деревьяи мачты парусных кораблей. Ствол дерева должен выдерживать сжимающий весвсех своих ветвей и листвы, но в жизни дерева изгибающие нагрузки, вызванныедавлением ветра, могут быть больше и опаснее. Точно так же и мачты, которыеноминально являются сжатыми колоннами, испытывают значительный изгиб из-занеравномерного натяжения удерживающих их тросов. Этот изгиб особенно велик,если в оснастке что-нибудь рвется.

Мачты таких больших кораблей, как “Виктория”, делались из кусков дерева,соединенных вместе железными обручами, но для мачт средних размеров старыемастера предпочитали использовать один ствол сосны или ели, по возможностиоставляя его в первозданном виде. Эти специалисты не только встречали вштыки любые предложения о том, что следует делать пустотелые мачты, имеющие”более эффективное” трубчатое сечение; они старались вообще избегать какой-либообработки дерева, кроме удаления коры.

В течение многих лет образованные инженеры, которые знали все об изгибебалок, нейтральных осях и моментах инерции второго порядка, презирали этитрадиции, считая их обычно чепухой. Первое, что делает с деревом современныйинженер, – это режет его вдоль на маленькие кусочки, которые затем сновасклеивает вместе, стараясь получить нечто пустотелое в сечении. И тольконедавно мы стали осознавать, что в том, как устроен ствол растущего дерева,заключена некая высшая мудрость. Среди других хитростей у древесины естьтакая: в различных частях ствола она растет таким образом, что ствол оказывается