vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2026-28-3-203-213OBEOJYvestniktgasu-2547Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯBUILDING AND CONSTRUCTIONМоделирование деформирования и разрушения древесины при динамических нагрузкахModeling of Wood Deformation and Destruction under Dynamic LoadingДеордиевС. В.DeordievS. V.

Деордиев Сергей Владимирович, канд. техн. наук, доцент, Инженерно-строительный институт 

660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82

Sergey V. Deordiev, PhD, A/Professor

79, Svobodnyi Ave., 660041, Krasnoyarsk

deordievsv@yandex.ruРадченкоП. А.RadchenkoP. A.

Радченко Павел Андреевич, докт. физ.-мат. наук, доцент

634055, пр. Академический, 2/4

Pavel A. Radchenko, DSc, Professor

8/2, Akademicheskii Ave., 634021, Tomsk

pavel@ispms.ruРадченкоА. В.RadchenkoA. V.

Радченко Андрей Васильевич, докт. физ.-мат. наук, профессор

634055, пр. Академический, 2/4

Andrey V. Radchenko, DSc, Professor

8/2, Akademicheskii Ave., 634021, Tomsk

andrey-radchenko@live.ruСибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian FederationИнститут физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202616072026283203213Copyright © Деордиев С.В., Радченко П.А., Радченко А.В., 20262026Деордиев С.В., Радченко П.А., Радченко А.В.Deordiev S.V., Radchenko P.A., Radchenko A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/2547

Актуальность исследования поведения анизотропных материалов при ударе определяется потребностью в получении знаний об их свойствах и прогнозированием реакции на динамическую нагрузку элементов конструкций, состоящих из анизотропных материалов.

Цель экспериментальные и численные исследования динамической прочности и деформативности древесины сосны в зависимости от направления и скорости действия нагрузки.

Методы

Методы. В рамках работы предложена математическая модель поведения древесины при динамических нагрузках, учитывающая анизотропию ее упругих и прочностных свойств. Модель учитывает зависимость прочностных свойств от скорости нагружения и влажности материала. Моделирование проводится в рамках феноменологического подхода механики деформируемого твердого тела в трехмерной постановке, численное моделирование методом конечных элементов.

Результаты

Результаты. Исследовано влияние ориентации волокон на прогиб образца, выявлена зависимость между направлением и скоростью действия нагрузки и динамической прочностью и деформативностью древесины сосны.

Purpose

Purpose: Experimental investigation of the dynamic strength and deformability of pine wood as a function of the loading direction and rate; numerical simulation of deformation and failure of small, clean specimens under dynamic load.

Methodology/approach

Methodology/approach: Modeling is carried out within the framework of the phenomenological approach to the mechanics of a deformable solid in a three-dimensional formulation, numerical modeling is carried out by the finite element method.

Research findings

Research findings: A model is proposed for the wood behavior under dynamic loads, taking into account the anisotropy of its elastic and strength properties. The model considers the dependence of strength properties on the loading rate and moisture content of the material.

Practical implications

Practical implications: The anisotropic model allows describing real properties of wood: the difference in elastic and strength properties of the material in different directions, as well as their different values under compression and tension.

Value

Value: The proposed approach has no restrictions on the geometry and number of elements, and allows using any initial and boundary conditions. In the future, it will allow modeling the behavior of complex wooden structures under dynamic loading.

математическая модельанизотропиядревесинапрочностьдинамическое нагружениемоделированиеграничные условияmathematical modelanisotropywoodstrengthdynamic loadingmodelingboundary conditionsматематическая модель и программный комплекс EFES созданы в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, проект FWRW2026-0003.This work and proprietary EFES software were conducted and designed under the government contract for the Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS, research line FWRW-2026-0003.ReferencesРадченко, А.В., Радченко, П.А. Ударно-волновые процессы и разрушение в анизотропных материалах и конструкциях. Томск : Изд-во ТГАСУ, 2015. 204 с. ISBN 978-5-93057-672-6. EDN: WNNIFDRadchenko, A.V., Radchenko, P.A. Shock-Wave Processes and Destruction in Anisotropic Materials and Structures. Tomsk: TSUAB, 2015. 204 p. ISBN 978-5-93057-672-6. EDN: WNNIFD (In Russian)Ашкенази, Е.К. Анизотропия древесины и древесных материалов. Москва : Лесная промышленность, 1978. 224 с.Ashkenazi, E.K. Anisotropy of Wood and Wooden Materials. Moscow: Lesnaya promyshlennost', 1978. 224 p. (In Russian)Турковский, С.Б. Разработка и экспериментальные исследования несущих деревянных конструкций на основе соединений с наклонно вклеенными связями : специальность 05.23.01 «Строительные конструкции, здания и сооружения» : автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Турковский Станислав Борисович. Москва, 2001. 96 с.Turkovsky, S.B. Development and Experimental Studies of Load-Bearing Timber Structures Based on Joints with Angled Glulam Members: Specialization 05.23.01 Building Structures, Buildings, and Structures. DSc Abstract. Moscow. 2001. 96 p. (In Russian)Волынский, В.Н. Взаимосвязь и изменчивость показателей физико-механических свойств древесины. 2-е изд. Санкт-Петербург : Лань, 2019. 218 с. ISBN 978-5-8114-1308-9.Volynsky, V.N. Interrelation and Variability of Physical and Mechanical Properties of Wood. 2nd edn. Saint-Petersburg: Lan’, 2019. 218 p. ISBN 978-5-8114-1308-9. (In Russian)Леонтьев, Н.Л. Длительное сопротивление древесины. Москва : Гослесбумиздат, 1957. 130 с.Leontiev, N.L. Long-term Resistance of Wood. Moscow: Goslesbumizdat, 1957, 130 p. (In Russian)Иванов, Ю.М., Славик, Ю.Ю. Оценка длительной прочности древесины при изгибе по результатам кратковременных испытаний // Лесной журнал. 1981. № 2. URL: https://lesnoizhurnal.ru/apxiv/1981/%E2%84%962-1981.pdf (дата обращения: 21.04.2026).Ivanov, Yu.M., Slavik, Yu.Y. Prolonged Bending Strength of Wood Measured in Dynamic Tests. Lesnoy zhurnal, 1981; (2). Available: https://lesnoi-zhurnal.ru/apxiv/1981/%E2%84%962-1981.pdf (accessed April 21, 2026). (In Russian)Перелыгин, Л.М. Древесиноведение. Москва : Лесная промышленность, 1962, 284 с.Perelygin, L.M. Wood Science. Moscow: Lesnaya promyshlennost', 1962, 284 p. (In Russian)Madsen, B. Duration of load test for wet lumber in bending // Foresr Products Journal. 1975. № 5. P. 33–40.Madsen, B. Duration of Load Test for Wet Lumber in Bending. Forest Products Journal. 1975; (5): 33–40.Radchenko, P.A., Radchenko, A.V., Batuev, S.P., Kanutkin, A.V. Application of the finite element method to evaluate the effectiveness of spacecraft protective screens // Acta Astronautica. 2025. V. 229. P. 466–470.Radchenko, P.A., Radchenko, A.V., Batuev, S.P., Kanutkin, A.V. Application of the Finite Element Method to Evaluate the Effectiveness of Spacecraft Protective Screens. Acta Astronautica, 2025; 229: 466–470.Reid, S.R., Peng, C. Dynamic uniaxial crushing of wood // International Journal of Impact Engineering. 1997. V. 19. P. 531–570. DOI: 10.1016/S0734-743X(97)00016-X. EDN: AQNWRLReid, S.R., Peng, C. Dynamic Uniaxial Crushing of Wood. International Journal of Impact Engineering. 1997; 19: 531–570. DOI: 10.1016/S0734-743X(97)00016-X. EDN: AQNWRLHarrigan, J.J., Reid, S.R., Reddy, T.R. Inertial effects on the crushing strength of wood loaded along the grain // Experimental Mechanics. Balkema, Rotterdam. P. 193–198.Harrigan, J.J., Reid, S.R., Reddy, T.R. Inertial Effects on the Crushing Strength of Wood Loaded along the Grain. In: Experimental Mechanics. Allison, Ed. Balkema, Rotterdam. Pp. 193–198.Severa, L., Buchar, J., Vlach, B., Havlichek, M. Behaviour of wood under dynamic three point bending // Acta Universitatis Agriculturaeet Silvculturae Mendelinae Brunensis. 1999. V. XLVIII. P. 27–32.Severa, L., Buchar, J., Vlach, B., Havlichek, M. Behaviour of Wood under Dynamic ThreePoint Bending. Acta Universitatis Agriculturaeet Silvculturae Mendelinae Brunensis. 1999; XLVIII: 27–32.Buchar, J., Rolc, S., Lisy, J. Schwengmeier, J. Model of wood response to the high velocity of loading // 19th International Symposium of Ballistics. Interlaken, Switzerland, 2001. P. 1447–1453.Buchar, S. Rolc, J., Lisy, J. Schwengmeier. Model of wood response to the high velocity of loading. In: Proc. 19th Int. Symp. of Ballistics, 7–11 May 2001, Interlaken, Switzerland. Pp. 1447–1453.Большаков, А.П., Балакшина, М.А., Гердюков, Н.Н., Зотов, Е.В., Музыря, А.К., Плотников, А.Ф., Новиков, С.А., Синицын, В.А., Шестаков, Д.И., Щербак, Ю.И. Демпфирующие свойства секвойи, березы, сосны и осины при ударном нагружении // Прикладная механика и техническая физика. 2001. Т. 42. № 2 (246). С. 23–32. EDN: ONTJIBBolshakov, A.P., Balakshina, M.A., Gerdyukov, N.N., Zotov, E.V., Muzyria, A.K., Plotnikov, A.F., Novikov, S.A., Sinitsyn, V.A., Shestakov, D.I., Shcherbak, Yu.I. Damping Properties of Sequoia, Birch, Pine and Aspen under Shock Loading. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2001; 42(2): 202–210. EDN: YYGNVEБольшаков, А.П., Гердюков, Н.Н., Зотов, Е.В. Исследование влияния скорости нагружения, угла ориентации волокон и температуры на прочностные характеристики березы // ПМТФ. 1998. Т. 39. № 6. С. 153–158.Bolshakov, A.P., Gerdyukov, N.N., Zotov, E.V. Influence of Loading Speed, Fiber Orientation Angle and Temperature on Strength properties of Birch. Prikladnaya mekhanika i tekhnich fizika. 1998; 39(6): 153–158. (In Russian)Деордиев, С.В., Копаница, Д.Г., Копаница, Г.Д., Тутатчиков, Р.С. Экспериментальные исследования клеедощатых балок на поперечный изгиб при действии статической и кратковременной динамической нагрузки // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2014. № 3 (44). С. 96–111.Deordiev, S.V., Kopanitsa, D.G., Kopanitsa, G.D., Tutatchikov, R.S. Transverse Bending Tests of Laminated Beams under Static and Short-Term Dynamic Loads. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2014; 3(44): 96–111. (In Russian)Деордиев, С.В., Копаница, Д.Г., Тутатчиков, Р.С., Бирсенев, А.И. Экспериментальные исследования клеедощатых стоек на продольное сжатие при действии статической и динамической нагрузки // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 6 (53). С. 106–115.Deordiev, S.V., Kopanitsa, D.G., Tutatchikov, R.S., Bersenev, A.I. Longitudinal Compression Tests of Laminated Beams under Static and Dynamic Loads. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2015; 6(53): 106–115. (In Russian)Глухих, В.Н. Черных, А.Г. Анизотропия древесины. Технологический аспект. Санкт-Петербург : Изд-во СпбГАСУ, 2013. 240 с.Glukhykh, V.N., Chernykh, A.G. Anisotropy of Wood. Technological Aspect. Saint-Petersburg, 2013. 240 p. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.