Прокопий Георгиевич Романов*, канд. техн. наук, доцент кафедры «Проектирование, строительствои технологии» инженерно-технического института, Северо-Восточный федеральный университетим. М.К. Аммосова, Якутск
ул. Белинского, д. 58, г. Якутск, 677000, Республика Саха (Якутия), Российская Федерация
e-mail: pg.romanov@mail.ru
Prokopii G. Romanov*, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Department of Design, Construction, and Technology, Engineering and Technical Institute, North-Eastern Federal University, Yakutsk
Belinsky str., 58, Yakutsk, 677000, Republic of Sakha (Yakutia), Russian Federation
e-mail: pg.romanov@mail.ru
Александр Александрович Слепцов, преподаватель-исследователь, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, Якутск
ул. Белинского, д. 58, г. Якутск, 677000, Республика Саха (Якутия), Российская Федерация
Aleksandr A. Sleptsov, Research Lecturer, North-Eastern Federal University, Yakutsk
Belinsky str., 58, Yakutsk, 677000, Republic of Sakha (Yakutia), Russian Federation
Введение. Волновые процессы распространения напряжений и деформаций в древесине как в конструкционном материале имеют свои особенности. Геометрическая форма элементов деревянных конструкций как граница физических сред, конструктивная форма узлов и соединений, обычно из стальных элементов, клеевые слои, слои модифицированной клеем древесины создают сложные граничные условия развития напряженно-деформированного состояния.
Цель. Обоснование модели процесса отражения волны напряжения от границы среды в деревянном образце, с качественной и количественной оценками изменения напряжения во времени и по геометрической длине образца. Модель деформирования древесины как природного полимера позволит на основе кинетической теории прочности обосновать длительную прочность древесины и деревянных конструкций.
Материалы и методы. Проанализированы исследования Г. Кольского, Р.М. Дейвиса, Ю.Н. Работнова в части обоснования предложенной модели волновых процессов в древесине и деревянных конструкциях. Дополнительно обоснована гипотеза о влиянии волнового распространения деформаций на длительную прочность. Численный эксперимент показал эффекты при отражении волны напряжений от границ принятой упругой ограниченной среды. Предложены две новые гипотезы: в зависимости от физических свойств материала и геометрических размеров элемента строительной конструкции, а также величины и продолжительности приложения внешней нагрузки может быть определен так называемый «порог глубины», глубже которого начинает проявляться полный волновой эффект распространения напряжения в объеме образца; тороидальное тело с длиной, многократно превышающей его диаметр, стремящейся к бесконечности, можно считать цилиндром бесконечной длины, моделирующей бесконечную среду.
Результаты. Напряжения распространяются в объеме образца волнообразно, постепенно затухая до значения в 27 МПа эквивалентного напряжения по Мизесу, в состоянии покоя нагруженного образца. Напряжения на поверхности приложения внешней нагрузки стабилизируются быстрее, волновые процессы изменения напряжений характеризуются незначительной амплитудой.
Выводы. В численном и натурном экспериментах выявлена закономерность, подтвердившая ранее сформулированную гипотезу о значительном превышении значения волны напряжения над величиной напряжения в состоянии покоя нагруженного элемента. При сжатии образца выявлен эффект колебания волны напряжения отражения, амплитуда которой устанавливается относительно значения напряжения в состоянии покоя.
Introduction. Wave propagation of stress and strain in wood as a structural material have their own characteristics. The geometric shape of wooden structural elements as a boundary between physical media, the structural shape of nodes and joints typically made of steel elements, adhesive layers, as well as layers of glued wood form complex boundary conditions for the development of a stress-strain state.
Aim. To substantiate a model of stress wave reflection from the boundary of a medium in a wooden sample with qualitative and quantitative assessments of the change in stress over time and along the sample length. The strain model of wood as a natural polymer can be used to substantiate the long-term strength of wood and wooden structures based on the kinetic strength theory.
Materials and methods. The studies of G. Kolsky, R.M. Davis, and Yu.N. Rabotnov are analyzed for substantiating the proposed model of wave processes in wood and wooden structures. Moreover, the hypothesis about the effect of wave strain propagation on the long-term strength is substantiated. The effects of stress wave reflection from the boundaries of an assumed elastic bounded medium are demonstrated in the numerical experiment. Two hypotheses are proposed. The first one assumes using the physical properties of material and geometric dimensions of the structural element. In addition, the magnitude and duration of the external load are used to determine a so-called “depth threshold,” below which the full wave effect of stress propagation within the sample begins to manifest itself. The second hypothesis considers a toroidal body with a tending to infinity length many times greater than its diameter as a cylinder of infinite length simulating an infinite medium.
Results. The stress waves propagate in the volume of the loaded sample at rest, gradually attenuating to a value of 27 MPa equivalent stress according to von Mises. The stresses on the surface where the external load is applied stabilize faster; the wave processes of stress change are characterized by a small amplitude.
Conclusions. The performed numerical and field experiments revealed a pattern confirming the previously formulated hypothesis of a significant excess in the stress wave value over the stress value for the loaded element at rest. When the sample is compressed, the reflected stress oscillates at an amplitude established relative to the value of the stress at rest.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.