Анизотропия и диссипативные свойства древесины

Аннотация

Математические модели, описывающие рассеяние энергии при колебаниях конструкций из изотропных материалов, являются приближенными и эмпирическими. В тех случаях, когда колебания совершает анизотропное тело, содержащее неоднородности, проблема корректного описания диссипации энергии колебаний встает еще более остро. Настоящая работа посвящена расчетно-экспериментальному исследованию диссипативных свойств древесины. В большинстве случаев для древесины эти свойства определяются только одним параметром – декрементом механических колебаний. Для точного моделирования динамического поведения конструкций из древесины этого недостаточно. Известно, что декремент механических колебаний не постоянен в частотном диапазоне и зависит от ориентации волокон древесины относительно направления вынуждающей силы. Эти особенности необходимо учитывать при построении адекватных математических моделей деревянных конструкций. Следовательно, разработка новых методик и выявление основных закономерностей диссипации энергии как по объему тела, так и для различных областей частотного диапазона представляются актуальными. Применен оригинальный экспериментальный метод оценки упругих и диссипативных свойств для образцов из древесины ели и березы. Для них определены модули упругости и декременты механических колебаний. Исследовано влияние анизотропии, масштабного фактора на эти параметры. Обнаружена взаимосвязь между упругими и диссипативными свойствами древесины. Установлено, что с увеличением модуля упругости в продольном направлении образца его диссипативные свойства снижаются: уменьшается логарифмический декремент колебаний. Сформулирована гипотеза о связи между упругими и диссипативными характеристиками древесины. В этом случае корректное описание характеристик рассеяния энергии для какой-либо породы древесины должно содержать не 1 константу демпфирования, а 9 – количество упругих постоянных у ортотропного тела. Адекватность полученных результатов проверена при помощи конечно-элементной модели образца из древесины. Расчетные соотношения для древесины сформулированы на основании модели ортотропного тела. Деформации сдвига учтены с помощью гипотезы С.П. Тимошенко. Результаты численных исследований подтверждаются хорошим соответствием данным натурных экспериментов.