23.2. Сжимающие и растягивающие упругие деформации

Если, не разрезая обоих изогнутых слоев на пластинки, попытаться выпрямить их (рис. 35, е), в наружной зоне появятся сжимающие, а во внутренней — растягивающие упругие деформации. В случае приложения значительных усилий растягивающие упругие деформации во внутренней зоне слоев могут привести к внутренним трещинам (рис. 35, ж). Если сжимать постепенно, а древесину предварительно увлажнить и нагреть, внутренние трещины не появятся и высушенные зажатые в плоском состоянии слои постепенно станут прямыми (рис. 35, з). Разрезав их на пластинки (рис. 35, и), можно установить, что длина всех пластинок одинакова, как и в начале опыта. Это значит, что во внутренней зоне слоев возникла остаточная деформация растяжения, а в наружной — сжатия, т. е. произошло явление, противоположное ранее наблюдавше-муся (см. рис. 35, д). В этом схематически заключается реологическая характеристика второй стадии сушки, когда существует опасность возникновения в толстых пиломатериалах внутренних трещин, напоминающих раковины в металлолитье.

Возникшие при расклинивании слоев растягивающие упругие деформации снаружи и сжимающие во внутренней зоне по мере накопления остаточных деформаций растяжения и сжатия древесины (см. рис. 35, б) постепенно спадают, происходит их релаксация. Они становятся в конце подсушки настолько малы, что слои будут слабо нажимать на клин, и он может выпасть (см. рис. 35, г). Такое же постепенное уменьшение (релаксация) растягивающих упругих деформаций во внутренней зоне слоев и сжимающих в наружной происходит и после их выпрямления и досушки древесины (см. рис. 35, е).

Сущность релаксации именно в переходе упругих деформаций в остаточные. Релаксация упругих деформаций (следовательно, напряжений в древесине) проявляется во многих случаях ее применения в напряженном состоянии. Например, гвозди, забитые во влажную древесину, со временем, особенно если древесина просохла, выдергиваются в 3—4 раза легче, чем сразу после забивки. Сила же, необходимая для выдергивания гвоздей, забитых в сухую древесину, остается почти постоянной во времени. Этим также объясняется, что медленное гнутье древесины, в частности поперек волокон, приводит к меньшему излому (происходит частичная релаксация напряжений во времени), чем быстрое гнутье. Релаксация протекает сначала по круто нисходящей (экспоненциальной) кривой, затем приближающейся к своей горизонтальной асимптоте. За единицу времени релаксации принимается период, в течение которого величина начальных напряжений уменьшается в е=2,72 раза. Это время τ определяется по формуле

где η — коэффициент вязкости тела; Н — мгновенный модуль упругости в направлении нагрузки; Е1 — дополнительная упругая связь; k — постоянная Больцмана; U — энергия активации релаксационного процесса; Т — абсолютная температура; А — коэффициент.

Реологическая модель и закономерности упруго-вязкого ηE1Н деформирования изображены на рис. 36, а. На рис. 36, б показан график bС развития деформаций ε при постоянной нагрузке σ во времени τ. В точке С нагрузка мгновенно сброшена, отрезок Се показывает упругую деформацию, еп — деформацию упругого последействия, эластическую (ввиду длительного процесса сушки ее можно отдельно не рассматривать). С учетом этих параметров справедливо следующее уравнение зависимости ε (σ, Е, Н,τ) [16]:

где ε — относительная деформация; Е — модуль упругости в направлении нагрузки.

Отсюда, величина напряжений σ будет

Если τ близко к нулю (в начале деформирования), σ≈εЕ, имеется в основном упругая деформация, материал может растрескаться (см. рис. 35, б, в). Затем неравномерно по толщине материала (из-за наличия градиента влажности) нарастают и развиваются остаточные деформации, внутри материала во второй стадии сушки могут возникнуть раковины (см. рис. 35, ж).