Описание деформаций и микроразрушений в условиях упруговязкопластической среды

ДЕРЕВООБРАБОТКА

который может быть использован при сортировке пиломатериалов.

Как отмечалось выше, коэффициент корреляции между объемным выходом основной заготовки и суммарной длиной бездефектных участков в пиломатериалах невысок и по результатам эксперимента получились значения от 0,4 до 0,6. Из этого следует, что при разделении пиломатериалов на группы по суммарной длине бездефектных участков часть пиломатериалов в группах будет иметь выход основной заготовки меньше расчетной, а другая часть - больше расчетной. При сортировке пиломатериалов по количеству основных заготовок, получаемых из одной доски, связь практически функциональная, что приведет к увеличению

фактического объемного выхода основных заготовок по сравнению с расчетным. Некоторое ее снижение наблюдается из ошибок оператора. При использовании сканирующих устройств определяется длина бездефектных участков и на основе этих данных количество заготовок основного размера. В этом случае связь также носит функциональный характер.

Библиографический список

1. Рыкунин, С.Н. Сортировка на размерно-качественные группы пиломатериалов, предназначенных для раскроя на заготовки / С.Н. Рыкунин // Рефераты докладов МЛТИ. - М., 1969. - С. 6-8.

2. Рыкунин, С.Н. Сортирование пиломатериалов: учеб. пособие / С.Н. Рыкунин, В.Е. Пятков, Е.Г. Владимирова. - М.: МГУЛ, 2012. - 27 с.

ОПИСАНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ И МИКРОРАЗРУШЕНИЙ

в условиях упруговязкопластической среды

В.Г. САНАЕВ, проф. каф. древесиноведения МГУЛ, д-р техн. наук,

Б.М. РЫБИН, проф. каф. технологии мебели и изделий из древесины МГУЛ, д-р техн. наук, В.И. ЗАПРУДНОВ, проф. каф. геодезии и строительного дела МГУЛ, д-р техн. наук

В современных методах отделки древесины доминирующую роль играют технологии, позволяющие формировать ультратонкие защитно-декоративные покрытия. Если ранее было принято представлять отделанную поверхность как слой покрытия, сформированный на древесине, то сейчас правильнее говорить о поверхности древесины, тонкий слой которой пропитан (армирован) отделочным материалом. Как правило, это слои толщиной порядка 100-200 мкм. Принципиальная особенность заключается в абсолютно различных условиях формирования адгезионного контакта в системе монослой полимера-древесина и в системе композита - древесина и полимер. Что касается конфигурации древесного каркаса в этой композиции, то она зависит от особенностей микро- и макростроения самой древесины (рис. 1, рис. 2).

Исходя из этих положений, рассмотрим механизм разрушения защитно-декоративных покрытий на древесине.

rybin@mgul.ac.ru

Разрушение полимеров, как и любых твердых тел, является сложным кинетическим процессом. Потеря сплошности тела связана с преодолением сил взаимодействия между элементами структуры на поверхности разрыва. Оценивая эти силы и учитывая внутренние напряжения и внешние факторы, действующие на тело, можно судить о его прочности.

Разрушение тела под действием механической нагрузки сопровождается развитием деформации. Деформация тела может происходить по различным механизмам, зависящим от структуры деформируемого тела. В свою очередь, развитие того или иного типа деформации может сопровождаться определенным изменением структуры тела.

В общем виде принято рассматривать хрупкое и вязкое разрушение. Первое описывается в теории Гриффита [1]. Здесь разрушение происходит практически мгновенно, когда перенапряжение у вершины микротрещины (микродефекта кристаллической решетки) достигает теоретического значения,

92

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рис. 1. Микроструктура строения древесины сосны

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

93

ДЕРЕВООБРАБОТКА

80 — 6 ШвШ?15£ Т X 3000 80 — 7 R X 5500

Рис. 2. Микроструктура строения древесины березы

94

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

ДЕРЕВООБРАБОТКА

определяемого межатомными силами сцепления. Вязкое разрушение, по существу, является вероятностным процессом, определяемым временем ожидания тепловой флуктуации, способной разорвать структурную связь. В целом, картину разрушения можно представить следующим образом. Атомы в твердом теле колеблются относительно своих равновесных положений 1012-1013 с-1. Связи между атомами разрываются благодаря тепловым флуктуациям. Механическое напряжение способствует увеличению скорости разрыва этих связей. Накопление элементарных актов разрушения приводит, с течением времени, к полному разрушению.

Слабые места в полимерах существуют как в молекулярной, так и в надмолекулярной структуре. Присутствие практически в любом кристаллическом полимере аморфных областей можно рассматривать как наличие своеобразных дефектов. В то же время аморфные области играют не только отрицательную, но и положительную роль. Ослабляя полимерное тело, эти области дают возможность проявиться эластическим свойствам полимера, что особенно важно для сохранения целостности полимера, находящегося в адгезионном контакте с древесиной.

Следует особо отметить роль внутренних напряжений и их влияние на процессы разрушения. В общем виде внутренние напряжения являются мерой незавершенности релаксационных процессов и зависят от числа, природы и характера распределения локальных связей в системе. Это может быть вызвано неодинаковой скоростью удаления растворителя по толщине и площади материала, различной скоростью и глубиной полимеризации отдельных слоев, наличием градиента температуры, разностью коэффициентов линейного расширения контактируемых материалов. Подробный анализ причин возникновения внутренних напряжений в полимерных покрытиях, а также влияние различных факторов на напряженно-деформационное состояние изложен в трудах Л.А. Сухаревой, П.И. Зубова [2].

Описание напряженно-деформационного состояния в подобных системах принято

представлять методами феноменологической и молекулярной реологии, в основе которых заложены простые и сложные модели. Среди множества многоэлементных моделей наиболее качественно описывает поведение покрытия при деформировании четырехэлементная модель Бюргерса. Реологическое уравнение можно записать в интегральной форме

s(t )=^(t)+— |"a(t) dт+

E По о

1 г _ E

+—Iе ----^

П 0 П

где s(t) - относительная деформация в момент времени t;

a(t) - напряжения, действующие в момент времени t;

т - текущее время;

E, E’, п, п’ - константы модели.

Не вдаваясь в подробности всех преимуществ и недостатков использования феноменологических подходов к описанию процессов разрушения покрытий на древесине, предлагается рассмотреть эти процессы с позиций волновой теории распространения возмущений в упруговязкопластической среде [3].

Представим исследуемый объект (композит полимер-древесина) как упруговязкопластичную пластину. Характер распространения волн в таком материале описывается уравнением движения

Ро

д2 w дт„

dt2

-+— dr r

Закон деформирования в этом случае можно записать в следующем виде

dY rZ_dтг

V=-

dt dt

при Trz ^Ts

т

Ц %=4 т„-f (Y „)]+K [т„ - f (Y „)],

dt dt

dw

где y rz =—, Д - модуль сдвига.

dr

При вводе безразмерных величин T = т / т , y = Y / Y, т = Kt, r = Kr /a ,

w = Kw / (y^oX v= 1 ^ f (Y)=-- f (Yrz),

YA dt тs

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

95