$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
الخشب مادة منتشرة في كل مكان تم استخدامها في البناء منذ العصور المبكرة. الخشب المتجدد والمستدام هو مادة هيكلية تستخدم على نطاق واسع في الهندسة لبناء المباني السكنية لعائلة واحدة وأيضا لتأطير الحواجز والعناصر غير الهيكلية الأخرى في المباني التجارية والصناعية.
نظرا لأصله الطبيعي ، فإن الخشب له خصائص ميكانيكية مرتبطة بالأنواع الفردية من الأشجار. محتوى الرطوبة والمتغيرات الأخرى ، على سبيل المثال ، وجود عيوب. بالنسبة لتطبيق معين ، يجب على المصمم أن يفكر بعناية في الأحمال المتوقعة على عضو أو هيكل خشبي من أجل ضمان أقصى قدر من الفعالية للمادة.
سيوضح هذا الفيديو كيفية اختبار الخواص الميكانيكية لأنواع مختلفة من الخشب وتحديد سلوك الإجهاد والإجهاد وأدائها الفلكتوري.
يتكون الخشب من خلايا ممدودة أو مستديرة أو مستطيلة تشبه الأنابيب أطول بكثير من عرضها. يوجد في الجدار عدة طبقات مصنوعة من الألياف الدقيقة ، وهي عبارة عن حزم من بوليمرات السليلوز.
يتم محاذاة سلاسل الألياف الدقيقة في اتجاهات مختلفة داخل طبقات الجدران. يوفر الجدار الأوسط مع سلاله المحاذاة على طول البعد الأطول للخلية معظم القوة للخلية ، بينما توفر السلاسل القطرية للجدران الداخلية والخارجية الاستقرار. يربط اللجنين بوليمرات السليلوز معا وكذلك سلاسل الألياف الدقيقة وخلايا الجدران. ينتج عن تأثير التجميع للعديد من الخلايا معا مادة بناء قوية جدا.
الخشب مادة بيولوجية ، وبالتالي فهو عرضة جدا للتحلل البيئي وهجوم الآفات. تتم معالجة الكثير من الأخشاب المستخدمة اليوم بمواد كيميائية لحمايته من البيئة وهجوم الحشرات.
الخشب مادة غير متجانسة تتميز بعدد كبير من العيوب أو العيوب مثل ، على سبيل المثال ، العقد والانقسامات. نتيجة لذلك ، يتم استخدام عوامل كبيرة للسلامة أو نسب قوة التصميم إلى القوة النهائية الفعلية لحساب التباين الكبير في الخصائص الهندسية للقطع الخشبية المختلفة.
نظرا لتركيبته الخلوية ، فإن الخشب مادة متعامدة ، لها خصائص مختلفة على طول المحاور الطولية ، وعلى التوالي ، المحاور المستعرضة فيما يتعلق باتجاه الحبوب. نتيجة لذلك ، ستتصرف المادة بشكل مختلف مع الأحمال الموازية أو العمودية مع ألياف الخشب. يمكن تحسين الخصائص المتعامدة للخشب بطرق مختلفة.
تصنع الرقائق مثل الخشب الرقائقي من طبقات ذات ألياف محاذاة في اتجاهات عمودية ، مما ينتج عنه مادة متناحية. بدلا من ذلك ، يتكون الجلولام من شرائح رقيقة من الألياف محاذاة في نفس الاتجاه ويتم لصقها تحت الضغط ، وتستمد قوتها من توزيع العيوب.
يمثل التركيب الخلوي للخشب أيضا الماء الحر داخل تجاويف الخلية والمياه المرتبطة بجدران الخلايا. نتيجة لذلك ، يعد محتوى الرطوبة معلمة رئيسية في تحديد قوة الخشب ، وبشكل عام ، سيؤدي تقليل الرطوبة إلى زيادة القوة. قد تؤدي التغييرات الحجمية المرتبطة بالتجفيف إلى انكماش وتشويه غير منتظم مثل الالتواء أو القوس أو الكوب أو المحتال.
نظرا لأن الخشب مادة بوليمرية ، فهو أيضا عرضة للزحف أو ، تحت الحمل المستمر ، للتشوه المستمر الشبيه باللزج. عندما يتم تحرير الحمل ، يتم استرداد معظم التشوه. نتيجة لذلك ، يمكن للخشب أن يدعم بشكل عام ضغوطا أعلى بكثير إذا كانت مدة التحميل قصيرة. نظرا لأن كل هذه العوامل ستكون معقدة للغاية بحيث لا يمكن استخدامها في التصميم اليومي ، فإننا نستخدم للأغراض الهيكلية ما يلي: تحليل إحصائي لقيم القوة النهائية الخالية من العيوب للعديد من الأنواع ، وتصحيحات لمحتوى الرطوبة ، ونسب القوة بناء على درجة الخشب لتصحيح تأثيرات تقليل القوة.
يتم نشر الخصائص المعطاة بشكل شائع لمعظم الأخشاب في شكل جدول لسهولة الرجوع إليها. هذه الخصائص هي: إجهاد الانحناء المسموح به ، والتوتر الموازي للحبوب ، والقص الأفقي ، والضغط العمودي على الحبوب ، والضغط الموازي للحبوب ، ومعامل المرونة. بالإضافة إلى الخصائص الأساسية الخاصة بالتوجيه لأنواع الخشب ، يجب أن يكون واضحا أنه ليس كل الخشب يتصرف بنفس الطريقة تحت الحمل.
الآن بعد أن فهمت الخصائص الفيزيائية للخشب ومبادئ اختبار الخشب ، دعنا نستخدمها لإجراء بعض الاختبارات.
قبل أن تبدأ ، اختر ثلاثة أنواع من الخشب للمقارنة. لكل صنف ، قم بإعداد عينتين من مكعبات الضغط بأبعاد حافة اسمية تبلغ 3.5 بوصة. تأكد من خلو المكعبات من العيوب ، وأن أسطحها المقابلة متوازية. ضع علامة على عينة واحدة من كل صنف للاختبار مع تحميل مطبق بالتوازي مع الحبوب ، والعينات المتبقية للاختبار بحمل مطبق بشكل عمودي على الحبوب.
قم بقياس ارتفاع اتجاه التحميل لكل عينة اختبار باستخدام الفرجار. وكرر القياس في مواقع قليلة لتحديد المتوسط التقريبي. عند الانتهاء ، استخدم نفس الإجراء لتحديد أبعاد المقطع العرضي لكل عينة.
قم بإعداد آلة الاختبار العالمية كما هو موضح في فيديو JoVE فيما يتعلق بثوابت المواد. بعد ذلك ، قم بتوسيط العينة بعناية في الاتجاه الصحيح على سطح الضغط. اخفض الرأس المتقاطع حتى يتم تطبيق حمولة طفيفة ثم استخدم أدوات التحكم الدقيقة لإيقاف الحمل إلى أقرب ما يمكن من الصفر.
الآن قم بتطبيق الحمل الانضغاطي بمعدل تحميل 40 رطل لكل بوصة مربعة في الثانية. قد يستمر اختبار الضغط لعدة دقائق مع زيادة الحمل ومع إجهاد مرئي كبير في العينة. اسمح للاختبار بالاستمرار حتى يتم الوصول إلى الحد الأقصى للحمل الواضح.
سجل الحد الأقصى للحمل عند انتهاء الاختبار ، ثم كرر الإجراء للعينات المتبقية.
قم بإجراء اختبار ضغط آخر ، وهذه المرة ، قم بتطبيق الحمل بشكل عمودي على حبيبات العينة. كرر الإجراء لأنواع الخشب الأخرى.
الآن قم بإعداد بعض عينات عظام باستخدام نفس أنواع الخشب الثلاثة. قم بإعداد مجموعة واحدة من العينات مع الحبوب الموازية للبعد الطويل ، ومجموعة ثانية مع الحبوب عمودية على البعد الطويل.
قم بإجراء اختبارات التوتر على جميع العينات الست كما هو موضح في فيديو JoVE فيما يتعلق بخصائص الإجهاد والإجهاد للفولاذ.
احصل على اثنين في أربعة بطول حوالي 24 بوصة من كل نوع من الأخشاب. قم بتثبيت جهاز اختبار الانحناء رباعي النقاط على آلة الاختبار العالمية. بمجرد أن يصبح الجهاز جاهزا ، ابدأ تشغيل آلة الاختبار. اضبط إعدادات الاختبار لتسجيل الأحمال وقيم الرؤوس المتقاطعة، والتقاط الحد الأقصى للحمل. قم بتثبيت العينة في الجهاز وإسقاط الرأس المتقاطع العلوي حتى يبدأ الجهاز في الاتصال بالعارضة الخشبية.
ضع الحمل بمعدل 2,000 رطل في الدقيقة حتى تنكسر الحزمة. سجل حمل الفشل عند اكتمال الاختبار ، ثم كرر الاختبار للعينات المتبقية.
استخدم جدولا لتلخيص نتائج اختبارات الضغط والشد والانحناء. بعد ذلك ، في كل عمود ، قم بتطبيع البيانات إلى الحد الأقصى للقيمة ، وقم بإنشاء جدول جديد.
الآن ، ألق نظرة على نتائجك. كما هو موضح باستمرار في جميع النتائج ، فإن البلوط هو أقوى خشب ، يليه شجرة التنوب والصنوبر الجنوبي. بالنسبة لأهم خاصيتين ، قوة الانحناء والضغط بالتوازي مع الحبوب ، يبدو أن شجرة التنوب تبلغ حوالي 87٪ والصنوبر الجنوبي حوالي 78٪ ، بقوة البلوط. نظرا لفارق السعر الكبير جدا بين الغابة ، فإن الصنوبر الجنوبي باعتباره أرخصها يعد خيارا فعالا للغاية.
يعد اختبار الأخشاب ذا أهمية قصوى في الهندسة الإنشائية لتقييم قدرة التصاميم النهائية على التعامل مع الإجهاد والإجهاد أثناء الاستخدام الروتيني من أجل ضمان سلامة المنتج والامتثال للمعايير الدولية.
في اختبار الانحناء المكون من أربع نقاط ، يتم تحميل شعاع مدعوم ببساطة بحمولتين متساويتين في النقطة الثالثة ، مما ينتج عنه جزء مركزي بعزم ثابت وقص صفري. يعد هذا الاختبار أمرا بالغ الأهمية لأنظمة الأرضيات حيث يتم تحميل العناصر الهيكلية للخشب بشكل أساسي عن طريق ضغوط الانحناء.
حتى وقت قريب ، كانت الهياكل الخشبية تقتصر على ثلاثة أو أربعة طوابق في شقة أو مبنى مكاتب صغير. أدت تطورات الأخشاب المتقاطعة إلى تطوير أنظمة هيكلية قادرة على الوصول إلى ثمانية طوابق أو أكثر. في حين أن المباني الأطول بكثير ، في حدود 20 طابقا ، لا تزال قيد التطوير.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لاختبار الأخشاب. يجب أن تفهم الآن الخصائص الهندسية للخشب ، وكيفية إجراء اختبارات الشد والضغط والانحناء على عينات الخشب.
شكرا للمشاهدة!
