SPRĘŻYSTOŚĆ PŁYT PILŚNIOWYCH WYTWORZONYCH Z DREWNA ORAZ SŁOMY ŻYTNIEJ

Transkrypt

1 Inżynera Rolncza 1(119)/2010 SPRĘŻYSTOŚĆ PŁYT PILŚNIOWYCH WYTWORZONYCH Z DREWNA ORAZ SŁOMY ŻYTNIEJ Gabrel Czachor, Jerzy Bohdzewcz Instytut Inżyner Rolnczej, Unwersytet Przyrodnczy we Wrocławu Streszczene. Porównano sprężystość płyt plśnowych wytworzonych z drewna oraz słomy żytnej. Wyznaczono charakterystyk opsujące zależnośc względnych zman wartośc umownej grancy sprężystośc w funkcj wartośc odkształcena grancznego. Określono także zmany wartośc współczynnka sprężystośc w funkcj pozomu obcążena. Stwerdzono, że dla obu rodzajów materałów płyt przebeg analzowanych charakterystyk jest podobny, co potwerdza zasadność wykorzystana słomy jako substytutu drewna. Stwerdzono równeż, że dla tych materałów płyt optymalnym jest określene umownej grancy sprężystośc na pozome ε = 0,05%. Słowa kluczowe: płyty plśnowe, słoma, sprężystość Wprowadzene Konstrukcyjne tworzywa drewnopochodne EWP (Engneered Wood Products) w coraz szerszym zakrese stają sę wysokej jakośc substytutam drewna. W tworzonych na baze odpadów drzewnych kompozytach elmnuje sę wady typowe dla tego surowca, uzyskując wysoką jednorodność materału stablzację właścwośc wytrzymałoścowych [Potrkowsk 2002]. Dla EWP szczególne stotne są właścwośc sprężyste, decydujące o zakrese obcążalnośc konstrukcj wykonanej z tych materałów. W przypadku płyt plśnowych wykorzystywanych w budownctwe, meblarstwe, budowe wagonów kolejowych nnych środków transportu ch sprężystość z uwag na zakres stosowana może odgrywać mnejszą rolę, [PN EN 316: 2001]. Dotyczy to równeż płyt plśnowych zawerających komponent słomy. Badana wykazały, że ch właścwośc użytkowe odpowadają wymogom normy PN EN 622-3: 2001 [Daneck 2006, Moś Czachor 2007]. Jednakże w przeprowadzonych badanach ne sprawdzano właścwośc sprężystych tych płyt. Sprężystość materałów drewnanych drewnopochodnych przyjęto określać poprzez wyznaczene modułu sprężystośc na podstawe lnowego odcnka zależnośc sła odkształcene [PN - 59/D , PN - EN 310: 1994]. W norme PN EN 310: 1994 sprecyzowano zakres pomarowy zawerający sę pomędzy 10-40% wartośc sły maksymalnej rejestrowanej w statycznej próbe zgnana, przy tym ne zdefnowano położena umownej grancy sprężystośc. Materały płyt plśnowych ze względu na swoją specyfczną strukturę ne są obektam, które w pełn mogą być traktowane jako jednorodne kontnuum. Dlatego zachodz koneczność określena ch sprężystośc ne na podstawe lnowego odcnka zależnośc sła odkształcene, lecz w oparcu o skutk dzałana sły, zgodne ze znaną defncją sprężystośc: jako mechancznej właścwośc powracana cał 125

2 Gabrel Czachor, Jerzy Bohdzewcz defncją sprężystośc: jako mechancznej właścwośc powracana cał do perwotnego kształtu rozmaru po zdjęcu obcążena wywołującego odkształcene [Encyklopeda 2008]. Skutk dzałana obcążena przyjęto rejestrować w teśce pętl hsterezy najczęścej defnowano jako względny przyrost odkształcena plastycznego, tzw., stopeń sprężystośc [Brzowska 1986] oraz jako wskaźnk elastycznośc - zdolność do akumulowana energ sprężystej [Bohdzewcz 2007]. Celem nnejszej pracy było porównane właścwośc sprężystych płyt plśnowych zawerających przetworzone drewno lub słomę. Dodatkowo określano korelację pomędzy wskaźnkem charakteryzującym umowną grancą sprężystośc z wartoścą wskaźnka charakteryzującego zmany sprężystośc przy obcążenu cyklcznym. Obekt badań, metodyka Obektem badań była eksperymentalna parta płyt plśnowych wytworzonych w Ośrodku Badawczo Rozwojowym Przemysłu Płyt Drewnopochodnych w Czarnej Wodze [Daneck 2006]. Do badań wykorzystano płyty podlegające hartowanu zawerające tylko przetworzone drewno sosnowe oraz tylko przetworzone elementy słomy żytnej. Badana realzowano następującym etapam: 1. Perwszą partę próbek poddano testow jednoosowemu rozcągana, a następne wyznaczono charakterystykę naprężene-odkształcene. Określono wytrzymałość na rozcągane R r, grancę proporcjonalnośc R h oraz umowną grancę sprężystośc R, gdze wartość odkształcena grancznego ε = określono dla = 0,005%; 0,01%; 0,05%; 0,1%. Dla grancy R h wartość ε = 0%. Następne zestawono dla każdej wartośc ε otrzymane wartośc R odnesone do wytrzymałośc R r (rys 1). Zależność tą opsano funkcję wykładnczą: R R c1 r = a + b ε 1 1 (1) gdze: a 1, b 1, c 1 współczynnk równana (1). 2. Drugą partę próbek poddano cyklcznemu obcążena. Wyznaczono zmenność wartośc współczynnka sprężystośc w funkcj lczby cykl N c. W pętl hsterezy zastosowano następujące pozomy obcążena: 10%; 30%; 50%; 70%; 90% wytrzymałośc na rozcągane R r. Wówczas wartośc wskaźnka p defnowanego jako stosunek naprężena o zastosowanego w pętl hsterezy do wytrzymałośc R r, zawerały sę w przedzale 0,1 0,9. Wartość współczynnka sprężystośc przyjęto jako marę zdolnośc kumulacj energ sprężystej. Następne dla próbek zawerających drewno lub słomę oraz dla N c =1; 10 zestawono wszystke uzyskane wartośc. Zależność zman wartośc od pozomu obcążena p opsano następującą formułą empryczną: gdze: a 2, b 2, c 2 współczynnk równana (2). W sp = a + b p + c (ln p ) (2)

3 Sprężystość płyt plśnowych Zestawono dwe zależnośc matematyczne (1) (2) oraz przyjęto następujące założene: wartośc R R są dla perwszego cyklu tożsame z wartoścam p r. Na tej podstawe oblczono wartośc dla konkretnych wartośc ε. Następne wyznaczono spadk wartośc współczynnka sprężystośc występujące w marę zwększana wartośc grancznych ε, co przedstawono na rysunku 3. Testy jednoosowego rozcągana oraz testy pętl hsterezy wykonano używając maszynę wytrzymałoścową Instron 5566 głowcę pomarową o zakrese 1 kn. Prędkość przemeszczana belk roboczej wynosła 8, m s -1. Standardowe próbk mocowano w uchwytach mechancznych frmy Instron. Przebeg osowego odkształcena próbk rejestrowano przy pomocy ekstensometru. Kształt próbk odpowadał zalecenom normy PN - 79/D Z każdej part materału pobrano trzydześc próbek, lcząc po sześć próbek dla każdego z pozomów obcążena zastosowanego w pętl hsterezy. Dla każdej próbk rejestrowano zmany odkształcena zachodzące w 10 cyklach. Dla każdego cyklu wyznaczono wartośc współczynnka sprężystośc U U RS W = (3) spr gdze: U RS energa akumulowana wydatkowana podczas powrotu sprężystego, U R nakłady pracy odkształcena przy obcążenu. Do obróbk danych wykorzystano paket statystyczny Statstca 8. R Wynk Na podstawe dokonanych pomarów wynków oblczeń zestawonych na rysunku 1 stwerdzono, że ne ma statystyczne stotnych różnc pomędzy zmanam R R = f(ε r ) dla obu rodzajów materałów płyt. Uśrednono wynk dla tych materałów wyznaczono nowe równane empryczne: R 1 R = 0189, +, r 157 ε ; (R 2 = 0,961) (4) Do opsu zman wartośc współczynnka sprężystośc w zakrese zman pozomu obcążena p = 0,1 0,9 przyjęto równane (2). Dodatkowo do opsu zman w zakrese p = 0,1 0,5 wykorzystano następujące równane: 0, 41 (5) = α p + β 1 1 Trendy, jakm podlegają przyrosty wartośc c wywołane cyklcznym obcążenem wyrażono formułą: Δ c = α p + (6) β 2 2 Przyrost określono jako różncę pomędzy wartoścą wylczaną dla cykl dzesątego perwszego. 127

4 Gabrel Czachor, Jerzy Bohdzewcz Rys. 1. Zależność względnej wartośc umownej grancy sprężystośc R /R r od odkształcena ε, wyznaczona dla przetworzonego drewna słomy. W ramce typowa charakterystyka = f(ε) Fg. 1. Dependence of relatve value of conventonal elastcty lmt R /R r on stran ε, determned for wood and straw after processng. The frame contans typcal characterstc: = f(ε) Rys. 2. Fg. 2. Wartośc współczynnka sprężystośc w funkcj pozomu obcążena p oraz lczby cykl N c dla przetworzonego drewna słomy Values of elastcty coeffcent n functon of load level p and number of cycles N c for wood and straw after processng 128

5 Sprężystość płyt plśnowych... Tabela 1. Wartośc współczynnków równań: (2), (5), (6) Table 1. Values of equaton coeffcents: (2), (5), (6) Materał drewno słoma = a + b p + c (ln p ) W spr = α 1 p + β 1 Δ c = α 2 p + β 2 Cyle, N c a 2 b 2 c 2 R 2 α 1 β 1 α 2 Β 2 1 0,879-0,059 0,013 0,893-0,110 0,882 0,059 0, ,962-0,021 0,011 0,878-0,065 0, ,891-0,032 0,017 0,765-0,098 0,893 0,061 0, ,952 0,024 0,017 0,646 0,007 0,942 Źródło: oblczena własne autorów Jak wynka z analzy rysunku 2 oraz danych zameszczonych w tabel 1, dla płyt zawerających tylko przetworzone drewno lub słomę oraz dla cykl N c = 1 N c = 10 wzrost pozomu obcążena powoduje systematyczny spadek wartośc współczynnka sprężystośc. Szczególne zauważalne jest to w zakrese p = 0,1 0,5, dla p > 0,5 następuje przyspeszony spadek wartośc. Ne stwerdzono statystyczne stotnego wpływu zawartośc komponentu na przebeg analzowanych zman = f(p ). Zaproponowano dla obu materałów płyt przy N c = 1cyklu następującą formułę: = 0, 885 0, 046 p + 0, 0153 (ln p ) (R 2 = 0,806) (7) Zmany w strukturze badanego materału wywołane cyklcznym obcążenam w zakrese od N c = 1 do N c = 10 cyklu skutkują statystyczne stotnym przyrostem jego sprężystośc. Dotyczy to obu rodzajów materału płyt. Zmany wartośc współczynnka sprężystośc c rosną w marę zwększana pozomu obcążena, w wększym zakrese dla płyt wykonanych tylko z drewna. Wskazuje to na ch wększą podatność na pozorne umocnene wywołane oddzaływanem o charakterze cyklcznym. Rys. 3. Fg. 3. Zależność względnego spadku sprężystośc od odkształcena grancznego ε Dependence of relatve elastcty drop on boundary stran ε 129

6 Gabrel Czachor, Jerzy Bohdzewcz Na rysunku 3 zestawono względne spadk sprężystośc, określono jako różnce pomędzy wartoścą współczynnka sprężystośc W sp dla grancy proporcjonalnośc R h a wartoścam współczynnków wyznaczonych dla kolejnych umownych granc sprężystośc R (rys. 1). Błąd wyznaczena wartośc względnego spadku sprężystośc, odnesono do średnej wartośc szerokośc przedzału ufnośc, wyznaczonych dla przebegu W sp (p ). Jak wynka z analzy rysunku 3 dla tego typu materału optymalną jest umowna granca sprężystośc na pozome ε = 0,05%, poneważ dla mnejszych wartośc ε położene umownej grancy sprężystośc R meśc sę w grancach błędu statystycznego. Natomast dla wartośc ε 0,1% następuje wyraźny spadek sprężystośc. Podsumowane Stwerdzono, że dla płyt plśnowych zawerających przetworzone drewno lub słomę rodzaj badanego materału ne ma stotnego wpływu na przebeg charakterystyk opsujących zmany właścwośc sprężystych. Dlatego dla obu materałów zaproponowano następujące formuły: R 0189 R =, +, r 157 ε 0, 41 oraz = 0, 885 0, 046 p + 0, 0153 (ln p ) Dla tych materałów charakterystyczny jest lnowy spadek sprężystośc rejestrowany w teśce hsterezy do pozomu obcążena 50% R r. Wartość umownej grancy sprężystośc R 0,05 wyznaczonej w teśce rozcągana odpowada w przyblżenu analogcznej wartośc wyznaczonej w teśce hsterezy. Stwerdzono, że dla badanego materału optymalnym jest określene umownej grancy sprężystośc na pozome ε = 0,05%. Obcążena cyklczne w zakrese N c = 1 10 wywołują w badanych materałach statystyczne stotne przyrosty sprężystośc. Przyrosty te wzrastają w marę zwększana obcążena, co może wskazywać na podatność tego typu materału konstrukcyjnego na pozorne umacnane. Bblografa Bohdzewcz J Modelowane przebegu odkształceń tkanek parenchymy warzyw w warunkach quas-statycznych zman obcążeń. Rozprawa habltacyjna. Zeszyty Naukowe Unwersytetu Przyrodnczego we Wrocławu. Nr 557. ISSN X, ISSN Brzowska-Bakalarz M Badana właścwośc mechancznych korzen buraków cukrowych statyczna próba ścskana. Rocznk Nauk Rolnczych. 76-C-2. s Daneck L Możlwośc wykorzystana słomy w produkcj płyt plśnowych. Buletyn Informacyjny OBRPPD 1-2. Maszynops. Moś D., Czachor G Właścwośc wytrzymałoścowe kompozytu plśnowo-słomowego. Sbornk z meznarodn konferencje doktorandu. Moderzace vysokoskolske vyuky technckych predmetu. Hradec Kralove. s Potrkowsk Z., Strykowsk W Nektóre nowoczesne materały drewnopochodne produkowane w Ameryce Płn Europe. Przemysł Drzewny (53), 02. s

7 Sprężystość płyt plśnowych... Encyklopeda Tom 17. Agora S.A. ISDN PN EN 310: Płyty drewnopochodne. Oznaczene modułu sprężystośc przy zgnanu wytrzymałośc na zgnane PN 79/D Płyty plśnowe. Oznaczene wytrzymałośc na rozcągane w kerunku równoległym do płaszczyzny płyty. PN 59/D Fzyczne mechanczne właścwośc drewna. Oznaczene współczynnka sprężystośc przy rozcąganu wzdłuż włóken PN EN 622-3: Płyty plśnowe. Wymagana technczne. Cz. 3. Wymagana dla płyt plśnowych półtwardych PN EN 316: Płyty plśnowe. Defncja, klasyfkacja symbole ELASTICITY OF FIBREBOARDS MADE OF WOOD AND OF RYE STRAW Abstract. The researchers compared the elastcty of fbreboards made of wood and of rye straw. Characterstcs descrbng dependences of relatve changes n the values of conventonal elastcty lmt n functon of boundary stran value were determned. Moreover, changes n elastcty coeffcent values n functon of load level were specfed. It has been observed that for both fbreboard materal types progress of analysed characterstcs s smlar, whch confrms that t s justfed to use straw as wood substtute. It has been also found that t s optmal for these fbreboard materal types to set conventonal elastcty lmt at the level of ε = 0.05%. Key words: fbreboards, straw, elastcty Adres do korespondencj: Gabrel Czachor; e-mal: gabrel.czachor@up.wroc.pl Instytut Inżyner Rolnczej Unwersytet Przyrodnczy we Wrocławu ul. Chełmńskego 37/ Wrocław 131