Способ экспресс-диагностики резонансных свойств древесины после долгого выдерживания в потолочной конструкции старых сооружений
METHOD FOR INSTANT DIAGNOSTICS OF RESONANCE PROPERTIES OF WOOD AFTER LONG MAINTENANCE IN CEILING STRUCTURE OF OLD STRUCTURES

Изобретение относится к области диагностики физико–механических свойств древесины, выдержанной в потолочной части старых сооружениях, и может быть использовано в неразрушающем отборе качественного материала целевого назначения с прогнозируемыми техническими характеристиками для изготовления музыкальных инструментов, а также других спецсортиментов из древесины в машиностроении, авиационной и судостроительной промышленностях.
Древесина в потолочной части жилых сооружений под систематическим действием температуры, конденсации пара из смеси «пар — воздух», остывания и повторного нагревания и т.д.  подвергается мягкому режиму гидротермической обработки, что сопровождается процессом тепломассообмена.  После долгого выдерживания древесины в такой среде происходят необратимые процессы, приводящие к изменению ее органического состава - увеличивается доля лигнина и уменьшается содержание гемицеллюлозной фракции, особенно пентозанов (сахаристых веществ). Как следствие, выдержанная десятилетиями в таких условиях древесина приобретает стабильность физико-механических свойств, включая резонансные; изготовленные из старой древесины музыкальные инструменты способны издавать более стабильные звуковые спектры даже при изменении условий внешней среды (Пищик И.И. Исследование свойств древесины длительной выдержки как материала для музыкальных инструментов. Кандидатская диссертация, М. МЛТИ, 1973,222 с.).  Как правило, многие мастера музыкального производства используют не современную, а выдержанную не менее 15- и более лет древесину (Федюков В.И. Ель резонансная: отбор на корню, выращивание, целевое использование: монография. - Йошкар-Ола: ПГТУ, 2016. -256 с.), а некоторые издревле для этой цели предпочитали очень старую древесину (Леман А.И. Акустика скрипки/А.И. Леман. -М.: Изд-во П. Юргенсона, 1903. - 187 с.).
Требования к резонансному лесоматериалу установлены по породе (ель, пихта кавказская, сосна сибирская (кедр)) и макроструктуре древесины - ширина годичных слоев в зависимости от вида музыкального инструмента не более 3-6 мм, а содержание поздней древесины в них не более 30% (для дек концертных роялей не более 20%); резонансная древесина должна быть равнослойной, не содержать сучков, пороков строения, особенно крени и наклона волокон (Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения.-М.: МГУЛ, 2001.-340 с.).
Известен способ диагностики резонансных свойств древесины и устройство для его осуществления (Патент 213061 РФ; опубл. 20.05.99.).  Данный способ основан на использовании радиально-поперечных кернов деревьев ели для последующего определения в лабораторных условиях динамики изменения ширины годичных слоев и содержания в них поздней древесины по ее микротвердости с помощью специального прибора- электронного микродендрометра.
Недостаток данного способа заключается в том, что образец в виде керна для выполнения последующих исследований необходимо брать в радиальном направлении ствола дерева поперек годичных слоев, что невозможно сделать у потолочных досок, так как они в конструкции плотно прижаты друг к другу кромками. Если брать образцы со стороны пласти,  то во взятых образцах годичные  слои будут расположены не в радиальном, а тангенциальном направлении, что делает невозможным на них определить показатели макроструктуры древесины - ширины годичных слоев и содержание в них поздней древесины.
Имеется устройство для экспресс-диагностики резонансных свойств древесины на корню (Патент 2577886 РФ; опубл. 20.03.2016.). Данное устройство содержит полое сверло с электродвигателем и программно-аппаратным комплексом с источником питания, которое в комплексе позволяет  определить дендроакустические характеристики древесины по динамике изменения величины сопротивления сверлению, а также одновременно извлекать из растущего дерева образцы в виде радиально-поперечного  керна. Недостаток данного устройства заключается также в необходимости извлечения образцов древесины в строго в радиально-поперечном направлении ствола дерева, что также ограничивает возможности для диагностики древесины в потолочной конструкции.
Известен способ для экспресс-диагностики резонансных свойств выдержанной в старых сооружениях древесины. (Патент  2665149 РФ; опубл. 28.08.2018.). Способ включает применение инструментов для отбора из бревен старого сооружения образцов древесины в виде строго радиально-поперечных кернов  и дальнейшее определение ее резонансных свойств.  Недостаток данного способа заключается также в необходимости извлечения образцов древесины строго в радиально-поперечном направлении из бревен сооружения, что также ограничивает возможности для диагностики древесины в потолочной конструкции.
Прототипом является метод определения числа годичных слоев в 1 см (средней ширины) и содержания поздней древесины в годичном слое (ГОСТ 16483.18-72). Метод предусматривает изготовление образцов в форме прямоугольной призмы основанием 20х20 мм и длиной вдоль волокон от 10 до 20 мм. На плоскости поперечного разреза по радиальному направлению (торец образца) отмечают границы крайних целых годичных слоев на участке, равном примерно 20 мм, и подсчитывают число слоев. Затем в  каждом годичном слое между отметками измеряют ширину поздней зоны. Число годичных слоев, n, в 1 см вычисляют с точностью до 0,5. Затем определяют ширину годичного слоя. В каждом годичном слое измеряют ширину поздней зоны и вычисляют содержание поздней древесины в процентах, с точностью до 1%.
Недостаток способа заключается в том, что, во-первых, для исследований требуется изготовление даже на одной ширине доски нескольких смежных образцов по установленным параметрам, что повышает трудозатраты и, главное, способствует появлению случайных ошибок в результатах исследований. Во-вторых, определение макроструктуры предусмотрено проводить строго на торцовой плоскости, для чего потребуется дополнительная шлифовка этой части образца, т.к. в этом случае  параметр шероховатости плоскости поперечного разреза должен быть не ниже 100 мкм по ГОСТ 7016-82; в процессе шлифования из-за сравнительно низкой твердости древесного материала неизбежно «смазывание» и снижение четкости границ между ранней и поздней зонами годичного слоя, что снижает точность измерений этих параметров, а в конечном счете – идентификацию с резонансным лесоматериалом.
Технический результат - повышение точности с одновременным снижением трудоемкости измерений для диагностики резонансных свойств древесины после долгого выдерживания в потолочной конструкции старых сооружений.
Технический результат достигается тем, что способ экспресс-диагностики резонансных свойств древесины после долгого выдерживания в потолочной конструкции старых сооруженй, отличающийся тем, что осуществляют путем визуального изучения характерных особенностей макроструктуры и отсутствия внешних дефектов древесины, помечают краской потолочные доски из хвойных пород радиальной распиловки, ориентируясь по расположению годичных слоев древесины на пласти, которые не содержат пороков древесины, из средней части доски, примерно, до середины пласти строго перпендикулярно к ее ребру с помощью пилы-лобзика выпиливают прямоугольный параллелепипед шириной 25 мм, из которого изготовляют один цельный образец по этой ширине, а длина образца должна находиться строго в пределах той зоны, куда не входят ювенильная древесина (центральная часть) и периферийная часть, где отсутствует равнослойность макроструктуры; для достижения этих условий внутреннюю границу образца устанавливают, отходя на 10-15 мм от сердцевинной трубки, а внешнюю границу на такое же расстояние, но отходя от ребра кромки, с помощью электронного дендрометра транзитного варианта, в котором установлено приспособление для крепления образца в виде прямоугольного параллелепипеда, непосредственно на месте объекта определяют показатели макроструктуры и путем сопоставления полученных результатов с установленными требованиями идентифицируют соответствие материала для изготовления музыкальных инструментов.
На фиг. 1 представлена текстура древесины на пласти пиломатериала: а - радиальной распиловки; б - тангенциальной распиловки, на основе чего отмечают потолочные доски радиальной распиловки и изготовляют опытные образцы, на фиг. 2 показано место выпиливания древесины (а) и изготовления из не опытных образцов (б) для осуществления способа диагностики резонансных свойств древесины после долгого выдерживания в потолочной конструкции старых сооружений.
Способ диагностики резонансных свойств выдержанной в старых сооружениях древесины осуществляют путем визуального изучения характерных особенностей макроструктуры и наличия внешних пороков древесины. Помечают  краской потолочные доски из  хвойных пород строго радиальной распиловки, которые не содержат пороков древесины, ограничивающих  ее использование в качестве резонансного лесоматериала. В дальнейшем из средней части доски примерно до середины пласти  строго перпендикулярно к ее ребру с помощью пилы- лобзика выпиливают прямоугольный параллелепипед шириной 25 мм, из него  изготовляют один цельный образец по этой ширине, а длина образца должна находиться строго в пределах той зоны, куда не входят  ювенильная древесина (центральная часть) и периферийная часть, где отсутствует равнослойность макроструктуры; для достижения этих условий внутреннюю границу образца устанавливают, отходя на 10-15 мм от сердцевинной трубки, а внешнюю границу на такое же расстояние, но отходя от  кромки доски. С помощью электронного дендрометра транзитного варианта (Патент  213061 РФ), в котором установлено приспособление для крепления образца в виде прямоугольного параллелепипеда (вместо керна), непосредственно на месте объекта определяют показатели макроструктуры и путем сопоставления полученных результатов с установленными требованиями идентифицируют соответствие материала для изготовления музыкальных инструментов.