Vliv teploty na pevnost dřeva javoru v tlaku

Transkript

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav Nauky o dřevě Vliv teploty na pevnost dřeva javoru v tlaku Bakalářská práce Vedoucí práce: Ing. Eva Přemyslovská, Ph.D. Vypracoval: Jiří Macek Brno 2007

2 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Vliv teploty na pevnost dřeva javoru v tlaku vypracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne:... podpis studenta. 2

3 Poděkování Rád bych u příležitosti s vydáním mé bakalářské práce poděkoval mé rodině, především mým rodičům za podporu při studiu jak duševní tak i finanční. Dále mé vedoucí bakalářské práce za vedení a připomínky při realizaci této práce. 3

4 Abstrakt Předkládaná bakalářská práce se zabývá mechanickými vlastnostmi dřeva javoru. Experimentálně byly zjišťovány mechanické vlastnosti dřeva v tlaku podél vláken a napříč vláken (radiální a tangenciální směr). Mechanické vlastnosti jsou stanoveny pomocí zkoušek podle ČSN a ČSN Při zkouškách byl sledován vliv teploty na velikost mechanických vlastností v tlaku. Zkoušky byly prováděny na speciálně ortrotropních vzorcích. Zkušební teploty tělísek byly stanoveny na 0 C, 20 C pokojová teplota a na 45 C. Zkoumán byl vliv jednotlivých teplot na pevnost v tlaku a modul pružnosti v tlaku. Výsledky získané měřením jsou zpracovány statistickými metodami a zpracovány ve formě tabulek a grafů pro větší přehlednost. Výsledky jsou porovnány s dostupnou literaturou. Klíčová slova: javor, mechanické vlastnosti, teplota, vliv, Abstract Construed baccalaureate work deal with mechanical properties of wood maple. Experimentally was detection mechanical properties of wood in pressure along fibres and across the fibres (radial and tangent direction). Mechanical properties are detection by the help of examinations according to ČSN and ČSN At examinations was tracked temperature influence on size mechanical properties in pressure. Examination was made on specially ortrotropnich figures. Trial temperature corpuscles was fixed on 0 C, 20 C - temperature of room and on 45 C. Examined was influence single temperatures on compressive strength and modulus of elasticity in pressure. Record gained metering was processed by statistical methods and they was processed in tabular form and graphs for bigger lucidity. Record was compared with accessible literature. Key words: maple, mechanical properties, temperature, influence. 4

5 Obsah: 1. Úvod Cíl práce Literární úvod Mechanické vlastnosti Mechanické namáhání Pevnost dřeva Faktory ovlivňující pevnost dřeva Vlhkost dřeva Hustota dřeva Teplota dřeva Pracovní diagram Javor Metodika a materiál Metodika Zjišťování vlhkosti zkušebních tělísek při mechanických zkouškách Materiál Metoda zpracování naměřených dat (statistická metoda) Použité vztahy při výpočtu Výsledky Statistické zpracovaní dat v podélném směru zatížení Statistické zpracovaní dat v radiálním směru zatížení Statistické zpracovaní dat v tangenciálním směru zatížení Diskuze Závěr Použitá literatura Přílohy

6 1.Úvod: Dřevo je materiál netušených možností, jako materiál přírodního původu je každý kus dřeva vlastně originálem. Originálem, který má určité vlastnosti, tyto vlastnosti jsou u každého kusu jiné nebo podobné. Záleží na mnoha faktorech, které ovlivňují jeho nejdůležitější vlastnosti mechanické vlastnosti dřeva. Dřevo jako přírodní materiál je unikátní nejen svou stavbou, strukturou a vlastnostmi, ale dřevo také působí na pohled i na dotyk přirozeně. Z estetického hlediska je dřevo posuzováno jako krásné a často jeho estetický význam hraje velkou roli při výběru materiálu. Tvar dřevu dáváme při jeho opracování ve výrobním procesu, kde ze dřeva vzniká například určitá část nábytku. V tomto procesu se jak designér tak i konstruktér se spoléhají na určité vlastnosti materiálu dřeva. S materiálovými vlastnostmi je třeba počítat a zohlednit je ve výrobním procesu (např s anizotropií dřeva, se změnami rozměrů v důsledku bobtnání a sesychání). U dřeva používaného ve stavebním průmyslu jsou jeho mechanické vlastnosti určující pro stavbu konstrukce. Vliv mechanických vlastností je velký proto se musí dimenzovat nosné prvky stavebních konstrukcí (např. nosníky stropů nebo konstrukce střech). Pro tyto konstrukce je důležité znát mechanické vlastnosti, hlavně pevnostní charakteristiky. Výpočty těchto konstrukcí se odvíjejí od pevnosti v tlaku, tahu a ohybu. U každého kusu dřeva je mnoho ovlivňujících faktorů, které mají vliv na hodnoty mechanických vlastností. Tyto ovlivňující faktory jsou především druh dřeviny, její stavba (struktura), vlhkost,teplota a množství vad. Výrazný vliv na pevnost dřeva mají vlhkost a teplota. Tyto dva činitelé, když působí každý zvlášť (když se zvyšuje vlhkost bez zvyšování teploty a naopak), ovlivňují mechanické vlastnosti méně, než když působí společně. Této změny v pevnosti dřeva vlivem teploty a vlhkosti se využívá při technologické operaci plastifikace s následným ohýbáním. Vlivem těchto faktorů ztrácí dřevo svou pevnost a stává se pružnější a plastičtější. Z tohoto je možné vyvodit, že vyšší vlhkost a teplota snižují mechanické vlastnosti dřeva. Dřevo javoru má podobnou anatomickou stavbou jako buk. Má i podobné vlastnosti jak mechanické tak i fyzikální. Javorové dřevo je ceněné pro svou přirozenou světlost a hezkou kresbu, kterou utváří často vlnitý průběh vláken 6

7 a především dřeňové paprsky, které vytvářejí na tangenciálním řezu četné zrcátka. Pro svou kresbu je ceněno hlavně na dýhy, ale také v řezbářství, jelikož je snadno a kvalitně opracovatelné. Důležité pro jeho opracování a následné použití jsou jeho vlastnosti. Dřevo mě provází celým mým krátkým životem, od hraček až po nábytek. Dřevo mě jako materiál zajímal a fascinoval, proto jsem si vybral dřevařský obor i téma této bakalářské práce, ale také z důvodu, že bych rád pokračoval v navazujícím studiu v oboru Dřevostavby a dřevěné prvky staveb, kde jsou mechanické vlastnosti důležitým faktorem při návrhu konstrukcí. 7

8 2. Cíl práce: V této bakalářské práci se zabývám mechanickými vlastnostmi dřeva javoru. Mechanické vlastnosti jsou ovlivňovány mnohými faktory, nejen anatomickou stavbou, ale také působením vlhkosti a teploty. V mé práci je kladen důraz na vliv změn teploty na mechanické vlastnosti dřeva. Cílem snažení v bakalářské práci je stanovit mechanické vlastnosti při třech různých teplotách dřeva. Úkolem je zjistit mechanické vlastnosti dřeva javoru, mez pevnosti, modul pružnosti ve třech základních směrech podélném, radiálním a tangenciálním. Mechanické vlastnosti jsou posuzovány u speciálně ortotropního dřeva s pravidelnou stavbou a bez vad. Cílem je porovnat mechanické vlastnosti u tří skupin vzorků, kde každá skupina má jinou teplotu při zkoušce, zjistit jejich odlišnosti a stanovit pomocí výsledků zkoušek vliv teploty na mechanické vlastnosti dřeva. Úkolem tohoto měření je stanovení přepočtového koeficientu α pro dřevo javoru, toto zjištění je důležité pro další výzkumnou práci Ing. Dániela. 8

9 3. Literární přehled: 3.1 Mechanické vlastnosti: Mechanické vlastnosti dřeva charakterizují schopnost dřeva odolávat účinku vnějších sil. Mechanické vlastnosti dělíme do tří skupin základní, odvozené a technologické. Základní vlastnosti: Pružnost Pevnost Plastičnost Houževnatost Odvozené vlastnosti: Tvrdost Odolnost proti tečení Odolnost proti trvalému zatížení Odolnost proti únavovému lomu Technologické vlastnosti: Štípatelnost Opotřebovatelnost Ohýbtelnost Impregnovatelnost Jako většina fyzikálních vlastností dřeva tak i mechanické vlastnosti mají anizotropní charakter. Anizotropní charakter vlastností je dán uspořádáním a orientací molekulových stavebních látek ve dřevě. Orientace kovalentních a vodíkových vazeb určují velikost a orientaci mechanických vlastností na úrovni mikrostruktury a makrostruktury dřeva. Tvar a uspořádání základních mechanických elementů dřeva, tracheid, libriformních vláken, směr fibril, ve střední vrstvě sekundární buněčné stěny a rozdílná orientace kovalentních a vodíkových vazeb zapříčiňují výrazný rozdíl mechanických vlastností ve směru podélném a kolmém na vlákna (Horáček, 1998). 9

10 3.1.1 Mechanické namáhání: Mechanickým namáháním tělesa nazýváme takový děj, při kterém dochází k integraci mezi působícími mechanickými silami a dřevem. Namáhání dřeva podle fyzikální podstaty sil můžeme rozdělit na mechanické, vlhkostní, tepelné a popř. další. Při mechanickém namáhání dřevo reaguje na základě vazeb mezi chemickými složkami dřeva, anatomické stavby a také geometrie tělesa. Proto je nutné každou mechanickou vlastnost posuzovat z těchto hledisek (Horáček, 1998) Základní druhy mechanického namáhání: Základní druhy mechanického namáhání rozlišujeme podle druhu napětí, které v tělese vzniká v důsledku působení vnější síly. Napětí ve dřevě představuje míru vnitřních sil, které se v tělese objevují jako odpověď na působení vnějších mechanických sil. Napětí definujeme jako velikost vnitřní síly, která je vztažena na jednotku plochy tělesa. Jestliže síly působí kolmo na průřezovou plochu tělesa, jedná se o normálové napětí σ. Jedná se o napětí v tahu a tlaku. Působí-li síly v rovině průřezu vzniká tangenciální (smykové) napětí. Příkladem tangencíálního napětí je napětí ve smyku. Kombinaci normálového a tangenciálního napětí představuje ohyb. Stav napjatosti definujeme počtem, druhem, průběhem napětí v objemu napětí dřeva a jejich vzájemnými vztahy. Podle počtu působících hlavních napětí může být stav napjatosti jednoosý, dvouosý nebo víceosý. Ve vztahu deformovatelnosti tělesa při různých druzích napětí jsou pro pevná tělesa charakteristické dvě základní vlastnosti: pružnost a pevnost. Pružnost dřeva je charakterizována jako schopnost dřeva dosahovat původní rozměry po uvolnění vnějších sil. Pevnost dřeva charakterizuje odolnost dřeva proti trvalému porušení (Horáček, 1998) Pružnost dřeva: Pružnost dřeva je všeobecně definována jako schopnost dřeva dosahovat původní tvar a rozměry po uvolnění vnějších sil. Pružnost lze popsat parametry z pracovního diagramu mezi úměrností, pružnou deformací a energií pružné deformace (Horáček, 1998). 10

11 Moduly pružnosti: Moduly pružnosti vyjadřují vnitřní odpor materiálu proti pružné deformaci. Čím je modul pružnosti větší, tím větší napětí je potřebné k vyvolání deformací. Rozlišujeme moduly pružnosti při normálových namáhání (tah, tlak, ohyb) Youngovy moduly pružnosti a smykové moduly při namáhání tangenciálních (smyk a krut). Moduly pružnosti představují důležité materiálové konstanty při statických výpočtech dřevěných konstrukcí (Horáček, 1998) Modul pružnosti v tahu a tlaku: Modul pružnosti v tahu a tlaku je charakterizován podílem napětí a poměrné deformace podle vztahu: E Fú. =. l S u kde: F ú.síla na mezi úměrnosti (N) l l původní délka tělesa před silovým působením (m) S plocha na kterou síla F působila (m 2 ) u l..absolutní celková pružná deformace ve směru silového působení (m) Průměrná hodnota modulu pružnosti pro dřevo v tahu a tlaku ve směru vláken se pro domácí dřeviny udává v rozpětí MPa při průměrné vlhkosti 12%. Napříč vláken je tato hodnota až 25x menší, při čemž v radiálním směru je cca o % vyšší než ve směru tangenciálním. Vzájemný poměr mezi jednotlivými směry lze stanovit E : E : E 20 : 2 : 1 (Horáček, 1998). L R T Pevnost dřeva Pevností dřeva rozumíme odpor nebo odolnost dřeva proti jeho trvalému porušení.číselně pevnost vyjadřujeme napětím, při kterém se poruší jeho soudržnost. Podle fyzikální povahy velčin, kterými pevnost definujeme, rozlišujeme tři druhy pevnosti: Konvekční pevnost Skutečnou pevnost Ideální či teoretickou pevnost 11

12 Konvekční pevnost se definuje největším neskutečným napětím vyjadřující určitý stav při zatížení.tato pevnost se vyjadřuje jako největší napětí, které se vztahuje na daný průřez zkušebního tělesa.u dřeva tato pevnost z praktického hlediska nepřichází v úvahu (Požgaj a kol. 1993). Skutečná pevnost se definuje skutečným napětím v okamžiku porušení tělesa.například při jednoosém zatížení v tahu se skutečná pevnost vyjadřuje podílem síly, kdy se materiál poruší a původní plochou materiálu (Požgaj a kol. 1993). Ideální pevnost je maximální teoretická hodnota pevnosti dřeva, které je možné dosáhnout na dané dřevině a daných podmínkách zatížení.ideální pevnost každého materiálu je možné teoreticky vypočítat z meziatomových vazebných sil.ideální pevnost, např u kovů, přednostně závisí od meziiontových vazeb a jejich vzdáleností a méně už od pravidelnosti mřížky.dřevo je organický materiál, jehož chemické složky(celulóza, hemicelulóza, lignin) obsahují různé druhy vazeb, přičemž 30 % z dřevěné substance představuje amorfní část. To znamená, že vypočítat teoretickou pevnost takového materiálu je velmi nepravděpodobné (Požgaj a kol. 1993). Údaje o pevnosti dřeva se získávají prostřednictvím zkoušky, při které se za určitých podmínek dodržuje určitý zkoušební postup.z tohoto hlediska nejsou tyto údaje nějakými absolutními konstantami dřeva, ale jsou to veličiny, které závisí i od metodiky zkoušení.aby se tyto vlastnosti mohli navzájem porovnávat, musela být vytvořena dohoda o zkušebních postupech. Pevnostní vlastnosti dřeva rozlišujeme: a) podle stavu napjatosti na pevnosti získané při jednoosovém a víceosovém stavu napjatosti. b) podle způsobu zatížení na: Pevnost v tahu Pevnost v tlaku Pevnost v ohybu 12

13 Pevnost v krutu Pevnost ve smyku c) podle časového průběhu zátěžové síly na: Statické Dynamické d) podle účinku zatížení na dřevo na: Pevnost, kterou jsme získali destrukcí dřeva, jeho porušením Pevnost určenou nedestruktivně, při které nenastane trvalá změna jeho tvaru, chemického složení nebo struktury. (Požgaj a kol. 1993) Pevnost dřeva v tlaku S ohledem na anizotropnost dřeva rozdělujeme pevnost v tlaku na: Pevnost v tlaku podél vláken Pevnost v tlaku kolmo na vlákna v radiálním směru Pevnost v tlaku kolmo na vlákna v tangenciálním směru (Požgaj a kol. 1993) Pevnost v tlaku podél vláken Nejvýznamnější a nejcharakterističtější tlakovou pevností v porovnání s ostatními směry zatížení je pevnost podél vláken. Pro jednoduchost zatížení a poměrně vysokou pevnost má tlak rovnoběžně s vlákny široké uplatnění (kůly, piloty, vzpěry v dolech, různé části nosníků atd.) Pevnost dřeva podél vláken, ale i velikost deformace u jehličnatých dřev závisí především od vzájemného spojení tracheid. Kromě vzájemného spojení vláken je rozhodující i pevnost samotných elementů, především letních tracheid, u listnatých i libriformního vlákna.pevnost vláken především ovlivňuje střední vrstva S 2 sekundární stěny. Pevnost v tlaku rovnoběžně s vlákny se u našich Obr.1 Podélný směr zatížení hospodářsky využívaných dřev se pohybuje v rozpětí od 30 do 70 Mpa. Nejvyšší průměrnou pevnost v tlaku ve směru vláken má dřevo akátu, habru popřípadě dubu, nejnižší má naopak topol a olše. 13

14 Mez úměrnosti v tlaku podél vláken je v porovnání s pevností u jehličnatých dřev asi ½.σ p. S tímto podílem můžeme počítat i u listnatých dřev. Při podrobnějších analýzách podílu meze úměrnosti a meze pevnosti se ukazuje, že vyšší mez úměrnosti mají jehličnaté dřeviny. To je možné vysvětlit jejich pravidelnější stavbou oproti listnatým dřevinám. Nejnižší mez úměrnosti mají tvrdé listnáče (kruhovitě pórovité a roztroušeně pórovité), to souvisí s menší pravidelnou strukturou dřeva. Měkké roztroušeně pórovité listnáče se svojí hodnotou meze uměrnosti řadí mezi jehličnaté a tvrdé listnáče. Mez pevnosti se vypočítá podle vztahu: σ p = F max a. b F max je to síla působící v mezi pevnosti a,b jsou příčné rozměry tělesa (Požgaj a kol. 1993) Pevnost v tlaku kolmo na vlákna S ohledem na přítomnost jarního a letního dřeva v ročním přírustu (letokruhu), dřeňových paprsků, ale i vláknité stavby, má průběh napětí deformace v tomto směru zatížení svoje zvláštnosti. Dřevo nebývá narušené oddělováním jednotlivých částí, ale postupně se deformuje a zhušťuje jeho dřevní struktura, což neumožňuje přesně určit jeho mez pevnosti. Proto se bere do úvahy jen mez úměrnosti σ ú, případně je podle napětí možné určit u předepsaného procenta stlačení z původního rozměru. U jehličnanů a všech kruhovitě pórovitých listnáčů (dubu,akátu) je u tangenciálního tlaku zřetelný dvojfázový průběh diagramu napětí deformace. První část diagramu napětí odráží mechanický stav jarní části dřeva a jen částečně mechanický stav letního dřeva. V druhé fázi vznikají a postupně se rozvíjejí plastické deformace, které doprovází porušování struktur buněčných stěn a jejich zahušťovaní. Konec této fáze zachytává mechanický stav letního dřeva letního dřeva a stav jarního dřeva ve zpevněné podobě (Požgaj a kol. 1993). 14

15 Třífázová deformace dřeva je typická pro zatížení dřeva při tlaku napříč vláken v radiálním směru pro všechna naše dřeva s výjimkou dubu, v tangenciálním směru pro dřeva listnáčů s roztroušeně pórovitou stavbou dřeva. Počáteční, první fáze deformace (lineární část křivky) je způsobena stlačováním jarního dřeva v letokruzích. Na konci této fáze je dosaženo meze úměrnosti. Po ztrátě stability anatomických elementů začíná jejich stlačování. Tento proces probíhá působením stejného nebo jen málo vzrůstajícího napětí a postupně se rozvíjejí plastické deformace. Na pracovním diagramu představuje téměř vodorovnou nebo málo zakřivenou část křivky. S postupnou deformací obou vrstev letokruhu dochází k přechodu do třetí fáze deformace. Tato fáze probíhá při značném zatížení, dochází ke zhušťování dřeva, které ale nekončí úplným porušením tělesa(horáček, 1998). Obr.2: Radiální směr zatížení Obr.2: Tangenciální směr zatížení (Požgaj a kol. 1993) 3.2 Faktory ovlivňující pevnost dřeva Vlhkost dřeva Při posuzování změn vlastností dřeva lze konstatovat, že se stoupající vlhkostí do meze hygroskopicity se pevnostní vlastnosti dřeva snižují. Změna pevnosti dřeva má v závislosti na změně obsahu vázané vody nelineární průběh, který v intervalu 9 15 % můžeme nahradit přímkou. Při změně vlhkosti o 1 % v rozsahu vody vázané se pevnost dřeva změní v průměru o 3 4 % (výjimkou je pevnost v tahu). Přepočet na 12 % hodnotu vlhkosti se provádí podle vztahu : 15

16 σ [ 1+ ( 12) ] 12 = σ w α w kde: w vlhkost dřeva v době zkoušení σ w pevnost dřeva při zkoušení α opravný koeficient pro daný způsob zatížení Při zatížení v tlaku ve směru vláken jsou ve vztahu mezi napětím a deformací významné rozdíly při vlhkosti w = 0% a na mezi hygroskopicity. Při vlhkosti na mezi hygroskopicity je mez pevnosti 3,5 krát menší a celková deformace téměř 7krát menší. Z toho vyplývá, že při tlaku jsou namáhány i ty vazby, které jsou zeslabeny navázáním molekul vody tj. vodíkové vazby mezi lignino sacharidovým komplexem. Vliv vlhkosti na mechanické vlastnosti tedy závisí na zapojených vazebních energiích při konkrétním způsobu zatížení (Horáček, 1998) Hustota dřeva Závislost mezi hustotou a mechanickými vlastnostmi dřeva je složitější než u vlivu vlhkosti, protože pevnost dřeva nezávisí pouze na množství dřevní substance v objemové jednotce, ale také na atomické stavbě dřeva. Mezi moduly pružnosti a hustotou dřeva existuje kladná lineární závislost. Zvýšením hustoty dřeva o 0,1g.cm -3 způsobí zvětšení modulu pružnosti ve směru vláken o 2 5 %, napříč vláken o 1 9 %. Vliv hustoty se nejvíce projevuje u suchého dřeva, při vlhkosti nad mezí hygroskopicity je nevýrazný. Jasnější vztah mezi strukturou, hustotou a mechanickými vlastnostmi dřeva můžeme zjistit analyzováním makroskopické stavby letokruhů, tj. šířky letokruhu a podíl letního dřeva (Horáček, 1998) Teplota dřeva Dřevo je během technologických procesů, jako např. sušení, lisování nebo plastifikace, vystaveno účinkům teplot, které jeho mechanické vlastnosti ovlivňují. S rostoucí teplotou se pevnost a pružnost dřeva snižuje. Vlivem teploty do 70 C se pevnost a pružnost sníží jen dočasně, protože dojde k přechodné změně vnitřních energetických hladin bez porušení vzájemně rovnovážných poloh molekul. Vlivem 16

17 vyšších teplot nad 100 C vznikají ve dřevě trvalé změny způsobené porušením rovnovážně kmitajících molekul a degradací lignino-sacharidového komplexu. Působením vysokých teplot nad 200 C se dřevo stává křehkým a nastupuje pyrolýza dřeva. Vysoké teploty značně ovlivňují zejména rázovou houževnatost v ohybu. Vliv teploty na mechanické vlastnosti se mění s vlhkostí. Zvyšováním teploty a vlhkosti se pevnost výrazně snižuje, přičemž současné působení obou faktorů snižuje pevnost více, než působení každého zvlášť (Horáček, 1998). Výrazný pokles modulu pružnosti vlivem teploty se všeobecně přisuzuje fyzikálním a chemickým změnám ligninu, hemicelulóz, případně amorfní celulózy. Při vlhkosti na mezi nasycení vláken je vliv teploty výraznější než při nulové vlhkosti. Vliv teploty na mez úměrnosti kolmo na vlákna u bukového dřeva (bukové dřevo má podobnou strukturu jako zkoušené javorové dřevo) je významný v rozsahu teplot od 20 do 100 C. Vliv teploty se s délkou jejího působení stupňoval. Při sledování vlivu teploty na smykovou pevnost dřeva, významnější pokles pevnosti zaznamenáváme při vlhkosti na mezi nasycení vláken než v suchém stavu. U smykového namáhaní je vztah mezi teplotou a pevností v rozsahu teploty od 20 do 100 C lineární. Z krátkého přehledu o vlivu teploty na mechanické vlastnosti je patrné, že pevnost dřeva a jeho pružnost se vlivem teploty snižují. Nejmenší vliv teploty se projevil na pevnost v tahu rovnoběžně s vlákny. S odvoláním na experimentální výsledky různých autorů můžeme konstatovat, že mechanické vlastnosti dřeva při zatížení kolmo na vlákna citlivěji reagují na změny teploty než při zatížení ve směru vláken. Můžeme si to vysvětlit tím, že při namáhání kolmo na vlákna se na pevnosti dřeva v menší míře podílejí kovalentní vazby než vodíkové. Vodíkové vazby v dřevě jsou slabší než kovalentní. Kromě toho v dřevě probíhají chemické procesy, hydrolýza, vznik kyselin atd. Pokles pevnosti a pružnosti dřeva se výrazně projeví až při vyšších teplotách (100 C a více) a při delším čase působení teploty. Při takových podmínkách vznikají ve dřevě nenávratné změny i v tom případě, že se teplota opět sníží na původní teplotu například na 20 C. Množství vody v buněčných stěnách a čas působení teploty zintenzivňují změny vlastností dřeva. Mezi další faktory, které je potřebné zohlednit jsou druh dřeviny a rozměry dřeva. 17

18 Podobně jako u vlhkosti, i u zvyšování teploty se mechanické vlastnosti dřeva mění. Při tepelném namáhaní je ale molekulový mechanizmus značně odlišný. Se zvyšováním teploty se zvyšuje chaotický pohyb atomů a molekul, které nejsou vizuálně pozorovatelné. Souhrn velkého počtu takových mikropohybů zapříčiňuje makroskopické efekty, které při určité intenzitě způsobí roztažnost látek a při dalším zvyšování teploty fyzikální a mechanické změny ve dřevě. Mírou mikropohybů atomů a molekul je teplota. Dřevo pokládáme za tuhou látku, a proto je u dřeva teplota mírou vnitřní energie. Následkem nárůstu teploty do 70 C je jen přechodné snížení pružnosti a pevnosti, to se vysvětluje přechodnou změnou vnitřních energetických hladin bez porušení vzájemných rovnovážných poloh molekul. Vlivem vysokých teplot nad 100 C vznikají ve dřevě trvalé změny zapříčiněné porušením rovnovážně kmitajících molekul. Vzhledem k lineární závislosti změny pevnosti dřeva vlivem teploty uvádíme přepočet jeho pevnosti na 20 C podle vztahu: σ 20 = σ t + α( t 20) kde α.je opravný koeficient udávající změnu pevnosti dřeva při změně teploty o 1 C t.teplota dřeva (Požgaj a kol. 1993) 3.3 Pracovní diagram Moduly pružnosti lze určit pouze experimentálně, protože pro většinu materiálu dosud neexistují jejich teoreticky odvozené rovnice. Obvykle jsou tyto parametry zjišťovány na zkušebních strojích, kde je současně měřena deformace a působící silové zatížení. Empirickou křivku charakterizující vztah mezi napětím a deformací nazýváme pracovní diagram. Diagram dřeva napětí deformace můžeme rozdělit na dvě části, a to na lineární část po mez účinnosti σ ú a nelineární část nad mezí úměrnosti po mez pevnosti σ p. Sklon přímky v pracovním diagramu mezi nulovým napětím a napětím na mezi úměrnosti vyjadřuje poměr mezi napětím a deformací, a je používán pro výpočet modulu pružnosti pro daný způsob normálového zatížení (Horáček, 1998). 18

19 Obr.4: Obecný tvar pracovního diagramu (podle Matoviče 1993) Obr.5 Zjišťování konvekční meze pevnosti napříč vláken (ČSN ) 19

20 3.4 Javor (Acer L.) V našich lesích se vyskytuje javor klen (Acer pseudoplatanus L.), javor mléč (Acer platanoides L.) a babyka obecná (Acer campestre L.). Zastoupení v lesích České republiky je cca 0,6 %. Nejvíce je ceněno dřevo klenu, které má nejlepší vlastnosti a nejhezčí texturu. Javorové dřevo nemá vylišeno jádro a běl, dřevo je žluto až hnědobílé. Letokruhy jsou poměrně zřetelné, dřevo je roztroušeně pórovité, dřeňové paprsky jsou patrné zejména na radiálním řezu jako četná lesklá zrcátka. Dřevo je lesklé velmi dekorativní, často se vyskytují nepravá jádra, očka, vlnitý průběh vláken. Javorové dřevo je středně těžké, u javoru mléče se udává ρ 0 = 630 kg.m -3, ρ 12 = 670 kg.m -3 a je středně tvrdé cca 75 MPa, dobře se suší, opracovává, impregnuje, ale je méně trvanlivé. Používá se v nábytkářském průmyslu, k výrobě dýh (ceněny jsou dýhy s výskytem oček a vlnitým průběhem vláken), hraček, dřevěné bižuterie a galanterie, částí hudebních nástrojů, drobných předmětů (páratka, kolíčky, podpatky atd.) a drobného kuchyňského nářadí. Ceněno je také v truhlářství, soustružnictví a řezbářství (Šlezingerová, 2002). a) Příčný řez b) Tangeniální řez c) Radiální řez Obr.5 Makroskopická struktura javoru (podle lexikonu dřev na wood.mendelu.cz) 20

21 4. Metodika a materiál 4.1 Metodika: Příprava zkušebních vzorků K výrobě zkušebních tělísek bylo použito: Zkracovací pila Formátovací pila Srovnávací frézka Tloušťkovací frézka Postup výroby: Při výběru materiálu bylo potřeba zohlednit typ vyráběného zkušebního tělíska. Po výběru materiálu ve formě fošny o tloušťce 40mm, byla tato fošna krácena na přířezy o délce cca 1m. Poté byl přířez rozmítán na polovinu šířky na formátovací pile. Dále byla u výřezů srovnána plocha a bok, byla docílena tak jejich vzájemná pravoúhlost. Po srovnávání byl odřezán hranolek s nadmírami. Tento hranolek byl dále upravován na tloušťkovací frézce, aby byla dosažena hladkost povrchu a rozměry zkušebních vzorků. Hranolek byl frézován na příčné rozměry 20x20mm. Potom byl krácen na formátovací pile na 30mm tzn.na délku zkušebního vzorku Klimatizace vzorků Ke klimatizaci vzorků na zkušební teplotu bylo využito zařízení: Klimatizační box Sanyo Laboratorní sušárna Sanyo Mrazící box Zkušební teploty: t 1 = 20 C t 2 = 0 C t 3 = 45 C Počet klimatizovaných vzorků min.30 zkušebních tělísek v podélném směru min.30 zkušebních tělísek v radiálním směru min.30 zkušebních tělísek v tangenciálním směru 21

22 tzn. min. 120 zkušebních tělísek pro každou zkušební teplotu Zkušební tělíska byla klimatizována 3 dny při pokojové teplotě cca t = 20 C, dále 3dny v klimatizačním zařízení na teplotu t = 45 C při zachování původní vlhkosti. Pro další dosažení teploty byl použit mrazící stoj pro teplotu nižší než t = 0 C. Obr.6 Klimatizační box Sanyo Měření pevnosti K vlastní zkoušce bylo použito zařízení: Trhací stroj Zwick Z 050 Počítačový program Test expert v5.01 Digitální posuvné měřítko Mitutoyo (ABS) 150 Digitální váha Scaltec SBC 41 Podmínky při zkoušce: Prostředí: Teplota t = C Vlhkost w = % 22

23 Postup zkoušky: Zkušební tělísko bylo klimatizováno v průběhu 3 dní před zkouškou na určitou teplotu, tělíska se vytahovaly přímo ze zařízení a bylo podrobováno zkoušce. Po vytažení bylo tělísko zváženo s přesností na 0,001g na digitální váze. Dále bylo změřeno pomocí digitálního posuvného měřítka s přesností na 0,01mm. Nejprve se měřil rozměr ve směru zatížení a pak se měřily ostatní rozměry. Umístění tělíska do trhacího se odvíjelo od směru namáhaní které bylo zrovna měřeno. Trhací stroj Zwick byl uzpůsoben k měření tlaku. Po umístění tělíska do pracovní části stroje bylo započato vlastní měření. Při v namáhání zkušebního tělíska v trhacím stroji se měřilo velikost zatížení a velikost deformace, pomocí software TestExpert v byla snímaná data vyhodnocena a byl vytvořen pracovní diagram každého tělíska. Obr. 7 Měření pevnosti v podélném směru 23

24 4.5 Zjišťování vlhkosti zkušebních tělísek při mechanických zkouškách (dle ČSN ) Ke zjišťování vlhkosti jsme použili: Sušárnu Digitální váhu Scaltec SBC 41 Zkušební tělísko Zkušební tělísko: Rozměry (30,02 x 19,64 x 19,71mm) Hmotnost m = 8,577g Postup zkoušky: Ke zjištění vlhkosti zkušebního materiálu jsme použili gravimetrickou metodu, která je nejpřesnější. Při měření vlhkosti bylo postupováno podle normy ČSN Nejprve jsme tělísko zvážili na digitální váze a tak zjistili jeho hmotnost s přesností na 0,01g a výsledek měření jsme si zaznamenali pro výpočet vlhkosti. Při sušení se používala sušící teplota 103 ± 2ºC. Nulová vlhkost se stanovila opakovaným vážením. První vážení se provedlo po 6 hodinách. Zkušební tělísko bylo možné považovat za absolutně suché, pokud se jeho hmotnost nezmění v intervalu dvou hodin o více než 0,01g. Poslední naměřená hmotnost se zaznamená k výpočtu vlhkosti. Hmotnost zkušebního tělíska po vysušení byla m = 7,972g K výpočtu vlhkosti byl použit vztah: w = m w m m 0 0 1OO kde: w.vlhkost m w...hmotnost tělíska před vysušením m 0...hmotnost vysušeného tělíska [%] Vlhkost zkušebního tělíska byla stanovena podle výpočtového vztahu na: w = 7,589 % 24

25 4.2 Materiál: Dřevina: Javor mléč (acer platanoides L. ) Rozměry: Tloušťka (tangenciální směr) cca 20mm Šířka (radiální směr) cca 20mm Délka (podélný směr) cca 30mm Vlhkost: w = 7,589% Hustota: průměr je ρ= 685 kg.m -3 Zkušební tělíska byla vyráběna s ohledem na průběh vláken ve směru zatížení. Ve směru zatížení by neměla mít zkušební tělíska odklon vláken od směru zatížení. Při zatížení podél vláken byl odklon vláken v podélném směru max. 5, při příčném zatížení(tangenciálním a radiálním) byl odklon převážně do 5, ale max. do 10. Tyto speciálně ortotropní tělíska byla zkoušena na zatížení v tlaku při různých teplotách. Obr.8 Tlakové zkušební tělísko 25

26 4.3 Metoda zpracování naměřených dat (statistická metoda) Při zpracování dat byl použit počítačový program Excel tabulkový editor Data byla zpracována podle těchto statistických charakteristik: Aritmetický průměr Směrodatná odchylka Variační koeficient Aritmetický průměr: Charakterizuje hodnotu, okolo níž kolísají jednotlivé prvky souboru. _ 1 x = n n j= 1 x j Směrodatná odchylka: Je definována odmocninou rozptylu n..počet naměřených hodnot x j...naměřené hodnoty S = 1 n 1 n j= 1 ( x j x _ ) 2 n..počet naměřených hodnot x j...naměřené hodnoty Rozptyl: Je definován jako průměrná čtvercová odchylka okolo aritmetického průměru. S 2 n j= = 1 ( x j n _ x) 2 n..počet naměřených hodnot x j...naměřené hodnoty 26

27 4.4 Použité vztahy při vyhodnocení zkoušky: Určení hustoty vlhkého dřeva (dle ČSN ) ρ w = m V w w ρ w...hustota vlhkého dřeva [g.cm -3 ] m w...hmotnost vlhkého dřeva [g] V w...objem vlhkého dřeva [cm 3 ] Určení meze pevnosti v tlaku podél vláken (dle ČSN ) σ = F max a. b σ.mez pevnosti podél vláken F max.síla na mezi pevnosti a,b.příčné rozměry tělesa [MPa] [N] [mm] Určení konveční meze pevnosti v tlaku napříč vláken při zatížení celé plochy tělesa (dle ČSN ) σ k F = a. l F.velikost zatížení v dohodnuté mezi pevnosti v tangenciálním a radiálním směru [N] a.šířka zkušebního tělesa [mm] l.délka zkušebního tělesa [mm] 27

28 Určení modulu pružnosti v tlaku: E Fú. =. l S u kde: F ú.síla na mezi úměrnosti (N) l l původní délka tělesa před silovým působením (m) S plocha na kterou síla F působila (m 2 ) u l..absolutní celková pružná deformace ve směru silového působení (m) Přepočtový vztah pro přepočet modulu pružnosti při 20ºC: Z výpočtového vztahu pro modul pružnosti se stanový výpočtový vztah pro výpočet přepočtového koeficientu α. Koeficient α udává vztah teploty k velikosti modulu pružnosti. [ +.( 20) ] E20 = Et.1 α t E 20.modul pružnosti při 20ºC E T.modul pružnosti při dané teplotě materiálu α. je opravný koeficient udávající změnu pevnosti dřeva při změně teploty o 1 C t.daná teplota materiálu Určený výpočtový vztah pro výpočet koeficientu α E20 1 Et α = t 20 28

29 Přepočtový vztah pro přepočet pevnosti dřeva při 20ºC: σ 20 = σ t + α( t 20) kde σ 20.pevnost dřeva při 20ºC σ t.pevnost dřeva při dané teplotě materiálu α.je opravný koeficient udávající změnu pevnosti dřeva při změně teploty o 1 C t.teplota dřeva Výpočtový vztah pro výpočet koeficientuα σ 20 σ t α = t 1 ( 20) Uvedený vztah lze použít jen v rozpětí teplot do 0 C do 100 C. Výsledky teploty se doporučuje nejprve přepočítat na danou vlhkost a potom na teplotu 20 C. 29

30 5. Výsledky 5.1 Statistické zpracování dat pro zatížení vzorků v podélném směru Statistické hodnoty pro mez pevnosti v podélné směru Tabulka Mez pevnosti podél vláken Mez pevnosti v podélném směru Statistické charakteristiky 0 C 20 C 45 C Stř. hodnota (MPa) 72, , ,9397 Chyba stř. hodnoty 0,7752 0,6755 0,7473 Medián (MPa) 72,87 74,51 71,89 Směr. Odchylka (MPa) 4,5864 3,7610 4,2927 Var.koecifient (%) 6,322 5,076 6,0511 Rozptyl výběru 21, , ,4271 Špičatost 0,4529-0,9437 2,3054 Šikmost -0,7050 0,0826-1,4172 Rozdíl max-min (MPa) 19,43 12,73 18,92 Minimum (MPa) 60,64 68,32 57,27 Maximum (MPa) 80,07 81,05 76,19 Součet (MPa) 2538, ,7 2341,01 Počet Statistické hodnoty pro mez pevnosti v podélné směru jsou zpracovány v tabulce Při teplotě 0 C byla naměřena průměrná mez pevnosti 72,54 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 4,58 a variační koeficient 6,32 %. Při teplotě 20 C byla naměřena průměrná mez pevnosti 74,08 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 3,76 a variační koeficient 5,07 %. Při teplotě 45 C byla naměřena průměrná mez pevnosti 70,93 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 4,29 a variační koeficient 6,05 %. Graf ukazuje vliv teploty na mez pevnosti rovnoběžně s vlákny. Pevnost při 0 C je 72,54 MPa což je o 1,54 MPa méně než při pevnosti při 20 C (pevnost při 20 C je 74,08 MPa).Pevnost při 45 C je 70,93 MPa což je pokles oproti pevnosti při 20 C o 3,15 MPa. V rozmezí teplot 20 C až 45 C dochází při zvýšení teploty dřeva o 1 C k poklesu jeho pevnosti o 0,126 MPa. 30

31 84 Mez pevnosti v podélném smru Zatížení (MPa) C 20 C 45 C Zkušební teplota ( C) Průměr Průměr±SmOdch Min-Max Graf 5.1.1: Vlivu teploty na mez pevnosti Statistické hodnoty pro modul pružnosti v podélné směru Tabulka Modul pružnosti podél vláken Modul pružnosti v podelném směru Statistické charakteristiky 0 C 20 C 45 C Stř. hodnota (MPa) 18832, , ,9879 Chyba stř. hodnoty 1516, , ,8124 Medián (MPa) 16480, , ,15 Směr. Odchylka (MPa) 8969, , ,6047 Var.koecifient (%) 47, ,77 44,492 Rozptyl výběru , , ,21 Špičatost 2,0160 4,3524-1,0418 Šikmost 1,3077 1,9610 0,1097 Rozdíl max-min (MPa) 40517, , ,14 Minimum (MPa) 3646, , ,57 Maximum (MPa) 44164, , ,71 Součet (MPa) , , ,6 Počet Statistické hodnoty pro modul pružnosti v podélné směru jsou zpracovány v tabulce Při teplotě 0 C byl naměřen průměrný modul pružnosti 18832,83 MPa, 31

32 směrodatná odchylka byla vypočtena na 8969,74 a variační koeficient 47,62 %. Při teplotě 20 C byl naměřen průměrný modul pružnosti 20573,65 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 11268,53 a variační koeficient 54,77 %. Při teplotě 45 C byl naměřen průměrný modul pružnosti 11436,98 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 5088,60 a variační koeficient 44,49 %. Graf ukazuje vliv teploty na modul pružnosti rovnoběžně s vlákny. Modul pružnosti při 0 C je 18832,83 MPa což je o 1740,82 MPa méně než při modul pružnosti při 20 C (modul pružnosti při 20 C je 20573,65 MPa).Modul pružnosti při 45 C je 11436,98 MPa což je pokles oproti modulu pružnosti při 20 C o 9136,67 MPa. V rozmezí teplot 20 C až 45 C dochází při zvýšení teploty dřeva o 1 C k poklesu jeho modulu pružnosti o 365,46 MPa Modul pružnosti v podélném smru Zatížení (MPa) C 20 C 45 C Zkušební teplota ( C) Průměr Průměr±SmOdch Min-Max Obr : Graf vlivu teploty na modul pružnosti. 32

33 5.2 Statistické zpracování dat pro zatížení vzorků v radiálním směru Statistické hodnoty pro mez konvekční pevnosti v radiálním směru Tabulka Konvekční mez pevnost v radiálním směru Konvekční mez pevnosti v radiálním směru Statistické charakteristiky 0 C 20 C 45 C Stř. hodnota (MPa) 10,05 10,07 9,09 Chyba stř. hodnoty 0, , , Medián (MPa) 10,265 9,97 9,07 Směr. Odchylka (MPa) 2, , , Var.koecifient (%) 20,94 15,76 12,47 Rozptyl výběru 4, , , Špičatost -0,7651-0, ,02877 Šikmost 0, ,5427-0,16704 Rozdíl max-min (MPa) 8,47 6,62 4,82 Minimum (MPa) 5,96 6,15 6,6 Maximum (MPa) 14,43 12,77 11,42 Součet (MPa) 341,82 332,54 300,27 Počet Statistické hodnoty pro konvekční mez pevnosti v radiálním směru jsou zpracovány v tabulce Při teplotě 0 C byla naměřena průměrná konvekční mez pevnosti 10,05 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 2,1 a variační koeficient 20,94%. Při teplotě 20 C byla naměřena průměrná konvekční mez pevnosti 10,07MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 1,58 a variační koeficient 15,76 %. Při teplotě 45 C byla naměřena průměrná konvekční mez pevnosti 9,07 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 1,13 a variační koeficient 12,47 %. Graf ukazuje vliv teploty na konvekční mez pevnosti v radiálním směru. Pevnost při 0 C je 10,05 MPa což je o 0,02 MPa méně než při pevnosti při 20 C (pevnost při 20 C je 10,07 MPa).Pevnost při 45 C je 9,07 MPa což je pokles oproti pevnosti při 20 C o 1 MPa. V rozmezí teplot 20 C až 45 C dochází při zvýšení teploty dřeva o 1 C k poklesu jeho pevnosti o 0,04 MPa. 33

34 15 Konvekční mez pevnosti v radiálním smru Zatížení (MPa) C 20 C 45 C Zkušební teplota ( C) Graf 5.2.1: Vlivu teploty na konvekční mez pevnosti. Průměr Průměr±SmOdch Min-Max Statistické hodnoty pro modul pružnosti v radiálním směru Tabulka Modul pružnosti radiálním směru Modul pružnosti v radiálním směru Statistické charakteristiky 0 C 20 C 45 C Stř. hodnota (MPa) 417, , ,9027 Chyba stř. hodnoty 10,1825 6,9092 4,7373 Medián (MPa) 428,89 431,91 369,8 Směr. Odchylka (MPa) 56, , ,2138 Var.koecifient (%) 13,5882 9,4579 7,31745 Rozptyl výběru 3214, , ,5910 Špičatost -0,6362-0,8063 0,6086 Šikmost -0,1577-0,3918-0,1156 Rozdíl max-min (MPa) 221,77 141,03 123,55 Minimum (MPa) 304,06 341,87 302,98 Maximum (MPa) 525,83 482,9 426,53 Součet (MPa) 12933, , ,79 Počet

35 Statistické hodnoty pro modul pružnosti v radiálním směru jsou zpracovány v tabulce Při teplotě 0 C byl naměřen průměrný modul pružnosti 417,22 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 56,69 a variační koeficient 13,58 %. Při teplotě 20 C byl naměřen průměrný modul pružnosti 419,65 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 39,69 a variační koeficient 9,45 %. Při teplotě 45 C byl naměřen průměrný modul pružnosti 371,90 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 27,21 a variační koeficient 7,31 %. Graf ukazuje vliv teploty na modul pružnosti v radiálním směru. Modul pružnosti při 0 C je 417,22 MPa což je o 2,43 MPa méně než při modul pružnosti při 20 C (modul pružnosti při 20 C je 419,65 MPa).Modul pružnosti při 45 C je 371,90 MPa což je pokles oproti modulu pružnosti při 20 C o 47,75 MPa. V rozmezí teplot 20 C až 45 C dochází při zvýšení teploty dřeva o 1 C k poklesu jeho modulu pružnosti o 1,91 MPa. 540 Modul pružnosti v radiálním smru Zatížení (MPa) C 20 C 45 C Zkušební teplota ( C) Graf 5.2.2: Vlivu teploty na modul pružnosti. Průměr Průměr±SmOdch Min-Max 35

36 5.3 Statistické zpracování dat pro zatížení vzorků v tangenciálním směru Statistické hodnoty pro konvekční mez pevnosti v tangenciálním směru Tabulka Konvekční mez pevnosti v tangenciálním směru Konvekční mez pevnosti v tangenciálním směru Statistické charakteristiky 0 C 20 C 45 C Stř. hodnota (MPa) 8,22 7,65 6,64 Chyba stř. hodnoty 0, , , Medián (MPa) 8,36 7,895 6,725 Směr. Odchylka (MPa) 1, , ,07758 Var.koecifient (%) 15,81 14,85 16,21 Rozptyl výběru 1, , , Špičatost -0, , , Šikmost -0, , ,69242 Rozdíl max-min (MPa) 5,43 5,08 5,73 Minimum (MPa) 5,56 4,44 3,38 Maximum (MPa) 10,99 9,52 9,11 Součet (MPa) 263,26 260,26 199,35 Počet Statistické hodnoty pro konvekční mez pevnosti v tangenciálním směru jsou zpracovány v tabulce Při teplotě 0 C byla naměřena průměrná konvekční mez pevnosti 8,22 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 1,29 a variační koeficient 15,81 %. Při teplotě 20 C byla naměřena průměrná konvekční mez pevnosti 7,65 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 1,13 a variační koeficient 14,85 %. Při teplotě 45 C byla naměřena průměrná konvekční mez pevnosti 6,64 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 1,07 a variační koeficient 16,29 %. Graf ukazuje vliv teploty na konvekční mez pevnosti v tangenciálním směru. Pevnost při 0 C je 8,22 MPa což je o 0,57 MPa více než při pevnosti při 20 C (pevnost při 20 C je 7,65 MPa).Pevnost při 45 C je 6,64 MPa což je pokles oproti pevnosti při 20 C o 1,01 MPa. V rozmezí teplot 20 C až 45 C dochází při zvýšení teploty dřeva o 1 C k poklesu jeho pevnosti o 0,04 MPa. 36

37 12 Konvekční mez pevnosti v tangenciálním smru Zatížení (MPa) C 20 C 45 C Zkušební teplota ( C) Graf 5.3.1: Vlivu teploty na konvekční mez pevnosti. Průměr Průměr±SmOdch Min-Max Statistické hodnoty pro modul pružnosti v tangenciálním směru Tabulka Modul pružnosti v tangenciálním směru Modul pružnosti v tangenciálním směru Statistické charakteristiky 0 C 20 C 45 C Stř. hodnota (MPa) 334, , ,5545 Chyba stř. hodnoty 7, ,0425 6,1937 Medián (MPa) 337,65 322,62 261,54 Směr. Odchylka (MPa) 43, , ,4853 Var.koecifient (%) 12,88 11, ,18475 Rozptyl výběru 1855, , ,2375 Špičatost -0, ,2903 6,2005 Šikmost -0, ,8032-1,4884 Rozdíl max-min (MPa) 187,67 161,67 203,46 Minimum (MPa) 240,29 211,52 133,75 Maximum (MPa) 427,96 373,19 337,21 Součet (MPa) 11032, , ,19 Počet

38 Statistické hodnoty pro modul pružnosti v tangenciálním směru jsou zpracovány v tabulce Při teplotě 0 C byl naměřen průměrný modul pružnosti 334,30 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 43,07a variační koeficient 12,88 %. Při teplotě 20 C byl naměřen průměrný modul pružnosti 319,54 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 35,23 a variační koeficient 11,62 %. Při teplotě 45 C byl naměřen průměrný modul pružnosti 261,55 MPa, směrodatná odchylka byla vypočtena na 34,48 a variační koeficient 13,18 %. Graf ukazuje vliv teploty na modul pružnosti v tangenciálním směru. Modul pružnosti při 0 C je 334,30 MPa což je o 14,76 MPa více než při modul pružnosti při 20 C (modul pružnosti při 20 C je 319,54 MPa).Modul pružnosti při 45 C je 261,55 MPa což je pokles oproti modulu pružnosti při 20 C o 57,99 MPa. V rozmezí teplot 20 C až 45 C dochází při zvýšení teploty dřeva o 1 C k poklesu jeho modulu pružnosti o 2,32 MPa. 450 Modul pružnosti v tangenciálním smru Zatížení (MPa) C 20 C 45 C Zkušební teplota ( C) Graf 5.3.2: Vlivu teploty na modul pružnosti. Průměr Průměr±SmOdch Min-Max 38

39 6. Diskuse Z předchozí kapitoly výsledků jsou patrné změny pevnostních charakteristik v jednotlivých směrech zatížení.tyto změny byly zjišťovány při daných teplotách, tím jsme zjistili vliv změn teplot na změny pevností v tlaku v daných směrech zatížení. Změny byly sledovány také u modulů pružnosti v daných směrech zatížení. Při zkouškách a při posuzování naměřených výsledků, lze částečně vyloučit vliv odklonu vláken, protože zkoušky byly prováděny na tlakových tělískách speciálně ortotropních. Vliv vad dřeva na výsledky lze úplně vyloučit, protože tělíska vybrána bez vad. Celkový vliv anatomické stavby dřeva Javoru nelze vyloučit s ohledem na podíl letního dřeva v letokruzích, tento podíl nebyl zjišťován, protože to nebylo předmětem zkoušek. Vliv anatomické stavby lze částečně odvodit od získané hustoty dřeva, která je o něco málo vyšší než udávají dostupné prameny. Podélný směr zatížení: Hodnoty v podélném směru byli zjišťovány pomocí zkoušek podle ČSN Vliv teploty na mez pevnosti v podélném směru v rozmezí 0 20 C byl určen jako poměrně nízký (tento rozdíl byl mezi teplotami jen 1,54 MPa) ve srovnáním s vlivem teploty v rozmezí C, kde tento rozdíl byl téměř dvojnásobný(3,15 MPa). V rozmezí teplot C byl zjištěn pokles pevnosti v tlaku o 0,126 MPa při zvýšení teploty o 1 C. Nejvyšší průměrná hodnota meze pevnosti byla zjištěna při teplotě 20 C a to σ = 74,08 MPa. Při zjišťování modulu pružnosti při zatížení podél vláken byl naměřen také poměrně nízký vliv teploty v rozmezí teplot 0 20 C (tento rozdíl byl mezi teplotami jen 1740,82 MPa), ale naopak v rozmezí teplot C byl zjištěn velký vliv teploty na modul pružnosti, kde byl rozdíl mezi teplotami 9136,67 MPa. Modul pružnosti při teplotě 45 C se snížil skoro o polovinu oproti hodnotě modulu pružnosti při 20 C. Pokles modulu pružnosti v tomto rozmezí je 365,46 MPa při zvýšení teploty o 1 C. Nejvyšší průměrná hodnota modulu pružnosti byla zjištěna při teplotě 20 C a to E = 20573,65 MPa. Při určování přepočtových koeficientů vlivu teploty na dané mechanické vlastnosti se vycházelo ze vztahu uvedených v kapitole metodika. 39

40 Přepočtový koeficient pro mez pevnosti v podélném směru v rozmezí teplot C byl vypočten na hodnotu α = 0, Přepočtový koeficient pro modul pružnosti v podélném směru v rozmezí teplot C byl vypočten na hodnotu α = 0, Radiální směr zatížení: Hodnoty v radiálním směru byli zjišťovány pomocí zkoušek podle ČSN Vliv teploty na mez pevnosti v radiálním směru v rozmezí 0 20 C byl určen jako poměrně zanedbatelný (tento rozdíl byl mezi teplotami jen 0,02 MPa) ve srovnáním s vlivem teploty v rozmezí C, kde tento rozdíl je 1 MPa. V rozmezí teplot C byl zjištěn pokles pevnosti v tlaku o 0,04 MPa při zvýšení teploty o 1 C. Nejvyšší průměrná hodnota meze pevnosti byla zjištěna při teplotě 20 C a to σ = 10,07 MPa. Při zjišťování modulu pružnosti při zatížení v radiálním směru byl naměřen také poměrně zanedbatelný vliv teploty v rozmezí teplot 0 20 C(tento rozdíl byl mezi teplotami jen 2,43 MPa), ale naopak v rozmezí teplot C byl zjištěn velký vliv teploty na modul pružnosti, kde byl rozdíl mezi teplotami 47,75 MPa. Pokles modulu pružnosti v tomto rozmezí je 1,91 MPa při zvýšení teploty o 1 C. Nejvyšší průměrná hodnota modulu pružnosti byla zjištěna při teplotě 20 C a to E = 419,65 MPa. Při určování přepočtových koeficientů vlivu teploty na dané mechanické vlastnosti se vycházelo ze vztahu uvedených v kapitole metodika. Přepočtový koeficient pro mez pevnosti v radiálním směru v rozmezí teplot C byl vypočten na hodnotu α = 0, Přepočtový koeficient pro modul pružnosti v radiálním směru v rozmezí teplot C byl vypočten na hodnotu α = 0, Tangenciální směr zatížení: Hodnoty v radiálním směru byli zjišťovány pomocí zkoušek podle ČSN Vliv teploty na mez pevnosti v radiálním směru v rozmezí 0 20 C byl určen jako poměrně nízký (tento rozdíl byl mezi teplotami jen 0,57 MPa) ve srovnáním s vlivem teploty v rozmezí C, kde tento rozdíl byl téměř dvojnásobný (1,01 MPa). V rozmezí teplot C byl zjištěn pokles pevnosti v tlaku o 0,04 MPa při 40

41 zvýšení teploty o 1 C. Nejvyšší průměrná hodnota meze pevnosti byla zjištěna při teplotě 0 C a to σ = 8,22 MPa. Při zjišťování modulu pružnosti při zatížení v radiálním směru byl naměřen také poměrně nízký vliv teploty v rozmezí teplot 0 20 C(tento rozdíl byl mezi teplotami jen 14,76 MPa), ale naopak v rozmezí teplot C byl zjištěn velký vliv teploty na modul pružnosti, kde byl rozdíl mezi teplotami 57,99 MPa. Pokles modulu pružnosti v tomto rozmezí je 2,32 MPa při zvýšení teploty o 1 C. Nejvyšší průměrná hodnota modulu pružnosti byla zjištěna při teplotě 0 C a to E = 334,30 MPa. Při určování přepočtových koeficientů vlivu teploty na dané mechanické vlastnosti se vycházelo ze vztahu uvedených v kapitole metodika. Přepočtový koeficient pro mez pevnosti v radiálním směru v rozmezí teplot C byl vypočten na hodnotu α = 0, Přepočtový koeficient pro modul pružnosti v radiálním směru v rozmezí teplot C byl vypočten na hodnotu α = 0, Při posuzování vlivu zvyšující se teploty na vybrané mechanické vlastnosti přicházíme k závěru, že dřevo javoru se chová stejně jako ostatní naše dřeviny tzn. že se vrůstající teplotou mechanické vlastnosti klesají ve všech směrech zatížení a to od teploty 20 C a více. V rozmezí teplot 0 20 C je vliv rostoucí teploty velmi nízký. V podélném směru byla mez pevnosti dokonce nižší při 0 C než při 20 C. Mez pevnosti v radiálním směru byla téměř stejná při obou teplotách. Proto i stanovení přepočtových koeficientů se provádí od teploty 20 C. Výraznějšího vlivu rostoucí teploty na mechanické vlastnosti dřeva by byla pozorována s rostoucí vlhkostí dřeva. Vliv teploty spolu s vlhkostí se projevuje na výraznějším poklesu mechanických vlastností, čehož se využívá při plastifikaci dřeva. Vlhkost a její vliv se na výsledky je vyloučen, protože všechna měření byla provedena při jednotné vlhkosti zkušebních tělísek. K vyššímu poklesu mechanických vlastností dochází až kolem teploty 100 C. Bakalářská práce se zabývá rozmrzím teplot 0 45 C, kde se projevuje vliv teploty v menší míře. Proto přepočtové koeficienty mají malé hodnoty. Přepočtové koeficienty se dají použít v rozmezí C, kde vliv rostoucí teploty je skoro lineární, od 100 C nastává větší pokles mechanických vlastností 41