Определение показателей механических свойств древесины

Определение показателей 
механических свойств древесины

Учебно-методическое пособие

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

УДК 674.04
ББК 3.37.1
О-60

ISBN 978-5-7038-5187-6

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019
© Оформление. Издательство 
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

Издание доступно в электронном виде по адресу
http://ebooks.bmstu.press/catalog/344/book2054.html

Кафедра «Древесиноведение и технологии деревообработки»

Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебно-методического пособия

Авторы:
Г.А. Горбачева, В.П. Галкин, В.Г. Санаев, А.А. Калинина

 
 
 
Определение показателей механических свойств древесины : 
учебно-методическое пособие / [Г. А. Горбачева и др.]. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 26, 
[6] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-5187-6

Представлены материалы для выполнения лабораторных работ по 
разделу «Механические свойства древесины» дисциплины «Физика древесины».

Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 35.03.02 
«Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», 
18.03.01 «Химическая технология».

УДК 674.04
ББК 3.37.1

О-60

Факультет «Лесное хозяйство, лесопромышленные технологии  
и садово-парковое строительство»

Предисловие

Дисциплина «Физика древесины» входит в вариативную часть 
учебного плана для подготовки бакалавров по направлению 35.03.02 
«Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», 
направленность подготовки «Технология деревообработки» 
и направлению подготовки бакалавров 18.03.01 «Химическая 
технология», направленность подготовки «Химическая 
технология переработки древесины», профилизация «Технология 
древесных плит и пластиков». 

Изучение данной дисциплины базируется на знаниях, умениях 
и навыках, полученных при изучении физики и древесиноведения.
Для решения многих инженерных задач, связанных с применением 
древесины, большое значение имеют данные о ее механических 
свойствах, к которым относятся прочность и деформативность, 
а также некоторые эксплуатационные и технологические свойства.
Цель данного учебно-методического пособия — подготовить 
студента к практическому исследованию механических свойств 
древесины, которое проводят в лабораторных условиях. Подобное 
исследование основано на изучении физических аспектов древесины 
как широко распространенного конструкционного материала. 
Древесиноведческая подготовка специалистов необходима для активной 
инженерной и исследовательской деятельности в области 
технологии, механической и химической переработки древесины.
Полученные при изучении данной дисциплины знания, умения 
и навыки будут использованы при изучении специальных дисциплин: «
Технология и оборудование древесных плит», «Технология 
клееных древесных материалов», «Технология деревянных клееных 
конструкций», а также при написании выпускной квалификационной 
работы.
При выполнении лабораторных работ студенты осваивают методику 
и технику испытаний древесины в целях определения показателей 
основных механических свойств, получают экспериментальное 
подтверждение различий показателей механических свойств 

древесины, устанавливают влияние разных факторов на значение 
показателей.
В учебно-методическом пособии изложены работы по определению 
предела прочности древесины при сжатии и статическом 
изгибе, а также по определению статической и ударной твердости.
Прочность характеризует способность материала сопротивляться 
разрушению под действием механических нагрузок. Показатель 
прочности — предел прочности, т. е. максимальное напряжение, 
которое выдерживает материал без разрушения. Учитывая, что древесина — 
анизотропный материал, показатели прочности определяют 
в разных структурных направлениях: вдоль волокон и поперек 
волокон (в радиальном и тангенциальном направлениях). 
Твердость древесины характеризует ее способность сопротивляться 
вдавливанию более твердого тела. Различают статическую 
и ударную твердость.
Механические испытания древесины проводят на малых чистых (
без пороков) образцах в соответствии со стандартами на методы 
испытаний. Показатели механических свойств в значительной 
степени зависят от влажности древесины. Чтобы проследить 
эту зависимость, студенты проводят испытания на образцах разной 
влажности, полученные результаты используют для построения 
графиков и анализа влияния влажности на прочность и плотность. 
Для выполнения лабораторной работы учебную группу разбивают 
на две подгруппы, которые, в свою очередь, подразделяют на 
несколько звеньев.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ 
ИСПЫТАНИЙ, РАЗДАТОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ  
И ЕГО ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ

Для проведения механических испытаний необходимы следующие 
оборудование и материалы:

• испытательная машина; 
• сушильный шкаф; 
• стеклянные (или металлические) бюксы; 
• весы; 
• штангенциркули или микрометры; 
• масштабные линейки; 
• измерительные лупы; 
• эксикаторы; 
• стамески; 
• образцы древесины для испытаний.
Отдельное оборудование и раздаточный материал рассмотрим 
подробнее.
Испытательные машины. Для проведения испытаний древесины 
в лаборатории используют испытательные машины Instron 3369 
(рис. 1) и ZD10/90. 
Испытательная машина Instron 3369 (Instron, США) снабжена 
программным обеспечением Bluehill Lite, предназначенным для 
проведения испытаний различных материалов на сжатие, растяжение, 
изгиб и пр.
Результаты испытаний сохраняют в специальной базе данных 
компьютера и могут быть использованы в дальнейшем для обработки. 
Таким же образом сохраняют сформированные отчеты. Процесс 
проведения испытания отображается на экране в режиме  
реального времени (рис. 2).
Технические характеристики испытательной машины Instron 3369:
• усилие 50 кН; 
• максимальная скорость 500 мм/мин; 
• вертикальное испытательное пространство 1193 мм. 

Рис. 1. Испытательная машина Instron 

3369:

1 — фиксатор верхнего предела; 2 — уровень 
положения; 3 — измерительная шкала; 4 — 
фиксатор нижнего предела; 5 — двигатель; 
6 — кнопка реверсивного пуска; 7 — кнопка 
аварийного отключения; 8 — крепление ос-

настки; 9 — траверса 

Рис. 2. Отображение испытания в реальном времени

Комплект оборудования ZD10/90 (VEB Thuringer Industriewerk 
FRITZ HECKERT) предназначен для проведения статических испытаний 
различных материалов, в том числе и древесины, при 
максимальном усилии 1000 кН. Он включает в себя собственно испытательную 
машину и пульт управления с регистрирующим устройством (
рис. 3). Нагружение образцов может производиться вручную 
или с помощью электродвигателя постоянного тока.

В машине предусмотрены четыре диапазона бесступенчатого регулирования 
скоростей нагружения. При этом нагружающая головка 
может перемещаться со скоростью 0,5...15; 3,5...100; 7...200; 
10...300 мм/мин. В выбранном диапазоне скоростей перемещения 
головки назначают такую скорость, чтобы продолжительность испытания 
составила от 0,5 до 2 мин в зависимости от вида испытания. 

Рис. 3. Общий вид комплекта испытательной машины 
ZD10/90:
1 — испытательная машина; 2, 7 — колонны; 3, 6 — нижняя и 
верхняя траверсы; 4, 5 — нажимные головки; 8 — пульт управления; 
9 — циферблат силоизмерителя; 10 — регистрирующее 
устройство; 11 — выключатель

Используя сменные приспо-

собления, на данной машине 
можно проводить все статические 
испытания древесины: на 
сжатие и растяжение, статический 
изгиб, твердость и др. 

Весы. В практике лабора-

торных исследований применяют 
электронные весы разных 
марок. В учебных целях можно 
выполнять взвешивание на лабораторных 
электронных весах 
марки RV-313 (рис. 4) с погрешностью 
измерения не более 
0,001 г. Весы этого типа удобны 
в работе, так как их применение 
исключает использование раз-

новесов и значительно сокращает время взвешивания. 

Измерительные инструменты. Линейные измерения образцов в 

зависимости от необходимой точности проводят металлической линейкой 
с пределом измерения 0...300 мм, штангенциркулем типа 
ШЦ-2 с пределами измерений 0...250 и 0...400 мм или микрометром.

Раздаточный материал и его подготовка к работе. Для выполне-

ния лабораторной работы заранее подготавливают следующие образцы.


1. Образцы в форме призмы размерами 20×20×30 мм (больший 

размер вдоль волокон)  предназначены для испытания древесины 
на сжатие вдоль и поперек волокон. Образцы должны быть изготовлены 
таким образом, чтобы одна пара противоположных граней 
была параллельна годичным слоям, другая пара — перпендикулярна 
к ним; торцовая поверхность должна быть гладкой и между гранями 
образца строго выдержаны прямые углы. 

Перечисленные требования следует соблюдать при изготовле-

нии образцов и для других видов испытаний. Эти образцы должны 
быть приведены к разным влажностным состояниям: мокрому  
(W > 100 %); атмосферной сушки (воздушно-сухому) (W = 15...20 %); 
камерной сушки (комнатно-сухому) (W = 8...12 %) и абсолютно 
сухому (W = 0 %). Для этого одни образцы вымачивают в воде; 
другие выдерживают в атмосферных условиях при t = 18...20 °С и 
ϕ = 0,75...0,80; третьи — в комнатных условиях, последние высушивают 
при комнатной температуре до влажности, близкой к 12 %, 

Рис. 4. Весы электронные RV-313

а затем досушивают до 0 % в сушильном шкафу при t = (103±2) °С. 
Образцы в абсолютно сухом состоянии выдерживают в эксикаторе 
с хлоридом кальция или с концентрированной серной кислотой.
Для установления влияния влажности на прочность древесины 
используют комплект из четырех образцов, последовательно расположенных 
по длине заготовки. Образцы из каждого комплекта 
маркируют. Марка содержит порядковый номер комплекта с индексом «
0», «К», «В», «М», соответствующим абсолютно сухому, 
комнатно-сухому, воздушно-сухому и мокрому состояниям. 
2. Образцы в форме бруска сечением 20×20 мм и длиной 300 
мм предназначены для испытания древесины на статический изгиб. 
Влажность образцов должна соответствовать состоянию древесины 
после камерной сушки.
3. Образцы в форме прямоугольной призмы сечением 50×50 мм 
и длиной вдоль волокон не менее 50 мм предназначены для определения 
статической твердости.
Ударную твердость устанавливают при испытании образцов сечением 
20×20 мм и длиной вдоль волокон 150 мм. Образцы для 
статических и ударных испытаний должны быть изготовлены из 
древесины разных по твердости пород с влажностью ~12 %.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЧНОСТИ 
ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ИСПЫТАНИИ НА СЖАТИЕ 
ВДОЛЬ ВОЛОКОН

Предварительно заготовленные и доведенные до определенного 
влажностного состояния образцы древесины размерами 20×20×30 мм 
распределяют между студентами. Каждое звено, состоящее из четырех 
человек, получает комплект образцов с одним номером и 
разными индексами. Каждый из студентов будет иметь образец 
древесины определенного влажностного состояния.
Перед испытанием определяют размеры образцов с погрешностью 
не более 0,1 мм. Последовательно, один за другим, образцы 
с одним и тем же номером, начиная с образца в абсолютно сухом 
состоянии, помещают между нажимными головками испытательной 
машины. Нагружение проводят равномерно со средней скоростью (
25 000±500) Н/мин, что соответствует продолжительности 
испытаний 0,5…1,5 мин. Испытание продолжают до разрушения 
образца. 
После разрушения рассматривают образцы, обращая внимание 
на вид излома. При сжатии вдоль волокон можно выделить три наиболее 
типичных вида разрушения. У пород с мягкой древесиной, а 
также у всех пород с высокой влажностью наблюдается смятие торцов (
рис. 5, а), у пород с древесиной повышенной жесткости при 
разрушении появляется косая складка, обычно расположенная под 
углом 60–70°, на тангенциальной поверхности образца (рис. 5, б). 
Довольно часто обнаруживают разрушение в виде двух встречных 
косых складок, образующих клиновидный участок, под которым 
видна трещина от продольного раскола (рис. 5, в). Иногда присутствуют 
и другие виды разрушений. После испытания определяют 
влажность образцов. Пробой для определения влажности является 
весь образец. Его после разрушения помещают в бюксу, взвешивают 
и высушивают до абсолютно сухого состояния, затем рассчитывают 
влажность по формуле