Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
ОЦЕНКА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛЫЖ (А.А. Колесникова, А.А Федорова, специалитет (ТД-51))
Существующая оценка качества лыж основывается на определении прочности готовых лыж на изгиб, которая должна быть не менее 180 кг/см2 [4], что невозможно без разрушения. И не всегда качество готовых лыж удовлетворяет требованиям стандарта.Определение показателей качества древесины, используемой для изготовления лыж и их сопоставление с прочностью возможно при использовании неразрушающего ультразвукового метода, который применялся различными исследователями в основном для оценки резонансных свойств древесины [1, 3].
Цель - выявление зависимостей изменения физико-механических свойств от акустических показателей древесины лыж.
Задачи: определение физико-механических и акустических показателей древесины лыж. Определение зависимостей исследуемых показателей по программе Curve Expert-1.38 [2].
Исследуемые лыжи соответствуют 2-му сорту, так как для их изготовления применялась древесина лиственных и хвойных пород: для наружных слоев - береза, для среднего клина - сосна, кроме пятки. Лыжи размечаются на отрезки так, чтобы размеры образцов соответствовали для испытания на изгиб по стандартной методике. В середине каждого отрезка последовательно от пятки к носку по длине лыжи измеряется время прохождения ультразвуковых волн (УЗВ) поперек волокон, вдоль ширины τ с точностью ±0,05 мкс.
В дальнейшем лыжи раскраиваются по длине на семь образцов. Размеры испытываемых образцов измеряются штангенциркулем с точностью до ±0,05 мм, масса - с точностью ±0, 00005г. Образцы испытываются ультразвуковым прибором и на статический изгиб.
По результатам замеров определяются плотность ρ, кг/м3; скорость звука v, м/с; акустическая константа K, м4/(кг с); акустическое сопротивление R, 106 кг/(м2 с); прочность на изгиб 
, МПа.
Изменение акустической константы вдоль волокон и поперек волокон по длине лыжи приведены на рисунке 1 по уравнениям:
, (1)
. (2)
а) б)
Рис. 1. Изменение акустической константы вдоль волокон (а) и поперек волокон (б) по длине лыжи ( S - сумма квадратов отклонений, r - коэффициент корреляции)
Акустическая константа вдоль волокон и поперек волокон с изменением расстояния по длине лыжи изменяется в соответствии с конструкцией лыжи волнообразно. Оптимальные значения акустической константы наблюдаются при расстоянии от кромки пятки 0,5 м и 0,8 м. По значениям коэффициентов корреляции уравнение (2) более точно описывает значения акустической константы при озвучивании поперек волокон древесины по ширине лыжи.
Изменение акустического сопротивления вдоль волокон и поперек волокон в зависимости от расстояния выпиленных образцов по длине лыжи приведены на рис. 2 по следующим уравнениям
, (3)
. (4)
Рис. 2. Изменение акустического сопротивления вдоль волокон (а)
и поперек волокон (б) по длине лыжи
Акустическое сопротивление увеличивается с увеличением расстояния от пятки к носку лыжи. Изменение акустического сопротивления поперек волокон при озвучивании по ширине лыжи также более точно описывается формулой.
Изменение прочности древесины по длине лыжи представлено на рисунок 3 (а) и описывается по следующему уравнению
. (5)
Прочность древесины березы, из которого изготовлена пятка лыж, низкая. Ближе к середине лыжи прочность увеличивается, в дальнейшем снова уменьшаясь. Значение прочности ближе к носку лыжи соответствует требованиям стандарта, а по остальным образцам ниже допустимого.
Зависимость прочности лыжи от времени распространения УЗВ поперек волокон по ширине лыжи, рис.3 (б) описывается уравнением
. (6)
Рис. 3. Изменение прочности лыжи по длине лыжи (а)
и от времени распространения УЗВ поперек волокон (б)
С увеличением времени распространения волны поперек волокон прочность лыжи изменяется волнообразно. Наблюдается оптимальное значение прочности при τ = 30 мкс. Степень корреляционной связи показателей сильная (0,92).
Зависимость прочности лыжи от плотности древесины, рис. 4 (а) описывается уравнением
. (7)
Влияние акустической константы вдоль волокон на прочность описывается формулой
. (8)
При увеличении плотности древесины и уменьшении акустической константы прочность увеличивается, коэффициенты корреляции около 0,7 для обеих формул.
Прочность древесины от акустического сопротивления вдоль волокон и поперек волокон (рис. 5) увеличивается по формулам
, (9)
Рис. 4. Изменение прочности лыжи в зависимости от плотности древесины (а)
и от акустической константы вдоль волокон (б)
Рис. 5. Изменение прочности древесины в зависимости от акустического сопротивления вдоль (а) и поперек волокон (б)
, (10)
При увеличении акустического сопротивления прочность лыжи увеличивается. Наблюдается оптимальное значение прочности по длине лыжи при акустическом сопротивлении вдоль волокон 4,4, поперек волокон - 1,5. Коэффициенты корреляции 0,99 и 0,84.
По длине лыжи акустические показатели поперек волокон наиболее точно описываются формулами, что можно объяснить меньшей изменчивостью ширины лыж.
При значении времени прохождения УЗВ τ=30 мкс значение прочности максимальное. При увеличении акустической константы прочность уменьшается, увеличении плотности и акустического сопротивления прочность древесины увеличивается. Наибольшая связь с прочностью у акустического сопротивления и времени прохождения УЗВ.
Высокая корреляционная связь изменения акустических показателей древесины лыж с его прочностью на изгиб для исследуемых образцов свидетельствует о возможности оценки прочности древесины по измерению акустических показателей.
Литература
- Колесникова А.А. Исследование свойств древесины по кернам: Научное издание. - Йошкар-Ола.: МарГТУ, 2002. - 178с.
- Мазуркин П.М. Дендрометрия. Статистическое древоведение: Учебное пособие. Часть 2. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003. -205с.
- Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. - М: МГУЛ, 2001. - 165с.
- ГОСТ 17043-90 Лыжи. Технические условия.