第八章++木材的力學(xué)性質(zhì)

1、第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)The Mechanical Properties of Wood第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)本章主要介紹了木材的力學(xué)特性本章主要介紹了木材的力學(xué)特性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì) 一、應(yīng)力與應(yīng)變一、應(yīng)力與應(yīng)變 1 1、應(yīng)力、應(yīng)力( ) ) ：物體在受：物體在受到外力作用時，物體自身到外力作用時，物體自身產(chǎn)生的抵抗外力而保持平產(chǎn)生的抵抗外力而保持平衡的力。在外力衡的力。在外力 作用下，作用下，材料單位面積材料單位面積A A上所受的內(nèi)上所受的內(nèi)力

2、稱應(yīng)力。通常用力稱應(yīng)力。通常用表示，表示，單位為單位為MPa(N/mmMPa(N/mm2 2) ) 。AP第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力：壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力：短柱材受壓或受拉狀態(tài)下產(chǎn)生短柱材受壓或受拉狀態(tài)下產(chǎn)生的正應(yīng)力。的正應(yīng)力。剪應(yīng)力：剪應(yīng)力：當(dāng)作用于物體的一對力或作用力與反作用力不在當(dāng)作用于物體的一對力或作用力與反作用力不在同一條作用線上，而使物體產(chǎn)生平行于應(yīng)力作用面方向被同一條作用線上，而使物體產(chǎn)生平行于應(yīng)力作用面方向被剪切的應(yīng)力。剪切的應(yīng)力。 順紋理加壓與順紋理剪切第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)2、應(yīng)變應(yīng)變( ) ：外力作用下，物：外力作用下，

3、物體單位長度上的尺寸或形狀體單位長度上的尺寸或形狀的變化稱為應(yīng)變。的變化稱為應(yīng)變。 通常用通常用表示。表示。式中式中:為總變形，為總變形，L為試件在為試件在受力方向的長度。受力方向的長度。應(yīng)變無量綱。應(yīng)變無量綱。 分為正應(yīng)變與與剪應(yīng)變剪應(yīng)變。L第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)簡單應(yīng)力中，當(dāng)壓力方向平行于紋理作用于短柱上時，簡單應(yīng)力中，當(dāng)壓力方向平行于紋理作用于短柱上時，則產(chǎn)生則產(chǎn)生。當(dāng)在同一直線上兩個方向相反，平行于木材紋理的外力當(dāng)在同一直線上兩個方向相反，平行于木材紋理的外力作用于木材時，則產(chǎn)生作用于木材時，則產(chǎn)生。當(dāng)平行于木材紋理的外力作用于木材，欲使其一部分與當(dāng)平行于木材紋理的

4、外力作用于木材，欲使其一部分與其它部分相脫離，會產(chǎn)生其它部分相脫離，會產(chǎn)生。當(dāng)作用力與木材紋理相垂直時，木材上則會產(chǎn)生當(dāng)作用力與木材紋理相垂直時，木材上則會產(chǎn)生同一木材受力的性質(zhì)和方向不同，應(yīng)力和應(yīng)變值亦各不同一木材受力的性質(zhì)和方向不同，應(yīng)力和應(yīng)變值亦各不相同。相同。第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)二、應(yīng)力應(yīng)變圖（應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系）二、應(yīng)力應(yīng)變圖（應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系） 比例極限和彈性極限比例極限和彈性極限永久變形（塑性變形）永久變形（塑性變形） 破壞應(yīng)力和破壞應(yīng)變破壞應(yīng)力和破壞應(yīng)變屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力 屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線（模式圖）應(yīng)變曲線（模式圖）第八章第八章 木材的力

5、學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì) 比例極限應(yīng)力：直線部分的上端點(diǎn)比例極限應(yīng)力：直線部分的上端點(diǎn)P對應(yīng)的應(yīng)力。對應(yīng)的應(yīng)力。 比例極限應(yīng)變：直線部分的上端點(diǎn)比例極限應(yīng)變：直線部分的上端點(diǎn)P對應(yīng)的應(yīng)變。對應(yīng)的應(yīng)變。 彈性極限彈性極限:直線部分的上端點(diǎn)直線部分的上端點(diǎn)E. 塑性變形（永久變形）：應(yīng)力超過彈性限度，這時如果除去應(yīng)塑性變形（永久變形）：應(yīng)力超過彈性限度，這時如果除去應(yīng)力，應(yīng)變不會完全回復(fù)，其中一部分會永久殘留。力，應(yīng)變不會完全回復(fù)，其中一部分會永久殘留。 第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)破壞應(yīng)力、極限強(qiáng)度：應(yīng)力在破壞應(yīng)力、極限強(qiáng)度：應(yīng)力在M點(diǎn)達(dá)到最大值，物體點(diǎn)達(dá)到最大值，物體 產(chǎn)生破壞產(chǎn)生破

6、壞(M)。破壞應(yīng)變：破壞應(yīng)變：M點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)變點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)變( M ) 。 應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì) 當(dāng)應(yīng)力值超過彈性限當(dāng)應(yīng)力值超過彈性限度值并保持基本上一度值并保持基本上一定定, ,而應(yīng)變急劇增大而應(yīng)變急劇增大, ,這種現(xiàn)象叫屈服這種現(xiàn)象叫屈服, ,而而應(yīng)變突然轉(zhuǎn)為急劇增應(yīng)變突然轉(zhuǎn)為急劇增大的轉(zhuǎn)變點(diǎn)處的應(yīng)力大的轉(zhuǎn)變點(diǎn)處的應(yīng)力叫屈服應(yīng)力叫屈服應(yīng)力( (Y Y) )。第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)木材在比例極限應(yīng)力下可近木材在比例極限應(yīng)力下可近似看作彈性，在這極限以上似看作彈性，在這極限以上的應(yīng)力就會產(chǎn)生塑性變形或的應(yīng)力就會產(chǎn)生塑性變形或發(fā)生破壞

7、。直線部分的頂點(diǎn)發(fā)生破壞。直線部分的頂點(diǎn)a為比例極限，從為比例極限，從a到到b雖不是雖不是直線，但屬彈性范圍，直線，但屬彈性范圍，b點(diǎn)點(diǎn)為彈性極限。為彈性極限。a、b兩點(diǎn)非常接近，一般不兩點(diǎn)非常接近，一般不加區(qū)分。加區(qū)分。a應(yīng)變（應(yīng)變（%）圖圖 杉木彎曲時應(yīng)力與應(yīng)變圖解杉木彎曲時應(yīng)力與應(yīng)變圖解應(yīng)力（應(yīng)力（MPa）b比例極限比例極限彈性極限彈性極限破壞破壞 木材的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系屬于既有彈性又有塑性的材料木材的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系屬于既有彈性又有塑性的材料黏黏彈性材料。在較小應(yīng)力和較短時間的條件下，木材的性能十分接近彈性材料。在較小應(yīng)力和較短時間的條件下，木材的性能十分接近于彈性材料；反之，則近似于

8、黏彈性材料。于彈性材料；反之，則近似于黏彈性材料。第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì) 應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)1 1、彈性模量和柔量、彈性模量和柔量彈性模量（彈性模量（ E E ）：）：物體產(chǎn)生單位應(yīng)變所需要的應(yīng)力，物體產(chǎn)生單位應(yīng)變所需要的應(yīng)力，它表征材料抵抗變形能力的大小，它表征材料抵抗變形能力的大小，它是材料剛性的指標(biāo)。它是材料剛性的指標(biāo)。 E=E=應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)變 E E這里比例常數(shù)這里比例常數(shù)E E叫做叫做彈性模量彈性模量或或楊氏模量楊氏模量, ,單位為單位為 MpaMpa。 它表征材料抵抗變形能力的大小。物體的彈性模量值愈大，它表征材

9、料抵抗變形能力的大小。物體的彈性模量值愈大，在外力作用下愈不易變形，材料的強(qiáng)度也愈大。在外力作用下愈不易變形，材料的強(qiáng)度也愈大。木材的拉伸、壓縮和靜曲彈性模量大致相等木材的拉伸、壓縮和靜曲彈性模量大致相等, , 但壓縮的彈但壓縮的彈性極限比拉伸彈性極限低得多。性極限比拉伸彈性極限低得多。 tga1E第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)柔量柔量a:彈性模量的倒數(shù)。彈性模量的倒數(shù)。柔量柔量的物理意義是單位應(yīng)力的變形，表征材料產(chǎn)生變的物理意義是單位應(yīng)力的變形，表征材料產(chǎn)生變形的難易程度。形的難易程度。式中：式中：為相對變形（應(yīng)變）；為相對變形（應(yīng)變）；為應(yīng)力；為應(yīng)力；n為常數(shù)，取為常數(shù)，取決于

10、材料的性質(zhì)。決于材料的性質(zhì)。試驗(yàn)表明鑄鐵、銅、花崗石、砂石、混凝土試驗(yàn)表明鑄鐵、銅、花崗石、砂石、混凝土n1；皮；皮革、麻繩革、麻繩n1；鋼、鋁和木材；鋼、鋁和木材n1。因此木材的應(yīng)力和應(yīng)變可用下列關(guān)系式表示：因此木材的應(yīng)力和應(yīng)變可用下列關(guān)系式表示： a an第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)2、剪切彈性模量、剪切彈性模量 剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變與剪切應(yīng)變之間符合：之間符合： G 或或 = = / / G G G 為剪切彈性模量，或剛性模量。為剪切彈性模量，或剛性模量。3、泊松比、泊松比 物體的彈性應(yīng)變在產(chǎn)生應(yīng)力主軸方向收縮（拉伸）的同時還伴隨有垂直物體的彈性應(yīng)變在產(chǎn)生應(yīng)力主軸方向

11、收縮（拉伸）的同時還伴隨有垂直于主軸方向的橫向應(yīng)變，將橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比稱為泊松比（于主軸方向的橫向應(yīng)變，將橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比稱為泊松比（ ）。）。 =- / 分子表示橫向應(yīng)變，分母表示軸向應(yīng)變。分子表示橫向應(yīng)變，分母表示軸向應(yīng)變。4、彈性常數(shù)、彈性常數(shù) 彈性模量彈性模量E、剪切彈性模量、剪切彈性模量G、泊松比、泊松比 第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)（）木材是高度異向性的材料，彈性模量在三個主方（）木材是高度異向性的材料，彈性模量在三個主方向上各不相同?？v向彈性模量可大于橫向向上各不相同。縱向彈性模量可大于橫向幾十倍，幾十倍，橫向中徑向大于弦向。橫向中徑向大于弦向。（）剛性

12、模量，端面最小，徑、弦面剛性模量分別與（）剛性模量，端面最小，徑、弦面剛性模量分別與徑、弦向彈性模量數(shù)值相近。徑、弦向彈性模量數(shù)值相近。（）彈性模量和剛性模量均隨密度（）彈性模量和剛性模量均隨密度的增加而增加。的增加而增加。（）木材的泊松比（）木材的泊松比（橫向變形系數(shù)）均小于，而木材（橫向變形系數(shù)）均小于，而木材在橫向受力時，對縱向的泊松比遠(yuǎn)小于其他泊松比，并在橫向受力時，對縱向的泊松比遠(yuǎn)小于其他泊松比，并以弦向受力時的泊松比為最小。以弦向受力時的泊松比為最小。 第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)木材的正交異向性木材的正交異向性 木材是天然生長的生物材料，由于組織木材是天然生長的生物

13、材料，由于組織構(gòu)造的因素決定了木材的各向異性構(gòu)造的因素決定了木材的各向異性（anisotropy） 。 木材的圓柱對稱性木材的圓柱對稱性 由于樹干包括許由于樹干包括許多同心圓的年輪層次，所以賦予木材圓柱多同心圓的年輪層次，所以賦予木材圓柱對稱性（近似的），即從圓心到外徑，各對稱性（近似的），即從圓心到外徑，各個同心圓層次上的木材微單元的性質(zhì)是相個同心圓層次上的木材微單元的性質(zhì)是相同的（彈性、強(qiáng)度、熱、電性質(zhì)等）。使同的（彈性、強(qiáng)度、熱、電性質(zhì)等）。使木材成為近似柱面對稱的木材成為近似柱面對稱的正交異向性正交異向性材料。材料。（如物理性質(zhì)干縮、濕脹、擴(kuò)散、滲透等（如物理性質(zhì)干縮、濕脹、擴(kuò)散、滲透

14、等和力學(xué)性質(zhì)如彈性、強(qiáng)度、加工性能等）。和力學(xué)性質(zhì)如彈性、強(qiáng)度、加工性能等）。二、木材的正交對稱性與正交異向彈性二、木材的正交對稱性與正交異向彈性木材的正交對稱性與正交異向性木材的正交對稱性與正交異向性木材正交對稱性木材正交對稱性木材由于樹木生長的周期性，木材由于樹木生長的周期性，而形成生長輪從而具有層次而形成生長輪從而具有層次性性.第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)正交異向彈性正交異向彈性 木材木材為。彈性的正交彈性的正交異性為正交異向彈性。異性為正交異向彈性。 將正交對稱原將正交對稱原理應(yīng)用于木材，借以說明木材的彈性理應(yīng)用于木材，借以說明木材的彈性的各向異性。的各向異性。 v RT

15、、LR、LT 分別對應(yīng)橫切面、分別對應(yīng)橫切面、徑切面和弦切面。徑切面和弦切面。 木材正交對稱性木材正交對稱性如圖，小試件具三個軸 L、R、T 但： R軸實(shí)際上是發(fā)散的； LT面并非平面木材的正交對稱性與正交異向性木材的正交對稱性與正交異向性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)在各向同性材料上，各主軸上的彈性常數(shù)相同。如施一靜在各向同性材料上，各主軸上的彈性常數(shù)相同。如施一靜壓于同性立方體上，僅使立方體體積變小，但保持原有的壓于同性立方體上，僅使立方體體積變小，但保持原有的形狀性質(zhì)形狀性質(zhì)-仍為立方體。施剪力于立方體時，受拉、受仍為立方體。施剪力于立方體時，受拉、受壓兩相對方向所產(chǎn)生應(yīng)變相

16、等，但符號相反，形狀改變成壓兩相對方向所產(chǎn)生應(yīng)變相等，但符號相反，形狀改變成矩形，由于彈性常數(shù)相同，面積、體積無變化。矩形，由于彈性常數(shù)相同，面積、體積無變化。在各向異性材料上，施流體靜壓力成剪力時，各軸產(chǎn)生不在各向異性材料上，施流體靜壓力成剪力時，各軸產(chǎn)生不同變形，立方體的體積和形狀均改變。這證明了異性材料同變形，立方體的體積和形狀均改變。這證明了異性材料各主軸方向上彈性常數(shù)是不同的。各主軸方向上彈性常數(shù)是不同的。木材的正交對稱性與正交異向性木材的正交對稱性與正交異向性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)2 2、木材的正交異向彈性常數(shù)、木材的正交異向彈性常數(shù) 方程中方程中9 9個獨(dú)立的

17、彈性常數(shù)來反映木材的正交異向性，這些個獨(dú)立的彈性常數(shù)來反映木材的正交異向性，這些常數(shù)是：常數(shù)是：3 3個彈性模量、個彈性模量、3 3個剪切彈性模量和個剪切彈性模量和3 3個泊松比。個泊松比。不同樹種間的這不同樹種間的這9 9個常數(shù)值是存在差異。個常數(shù)值是存在差異。木材的正交對稱性與正交異向性木材的正交對稱性與正交異向性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)材料材料密度密度g/cm3含水含水率率%ELMPaERMPaETMPaGLTMPaGLRMPaGTRMPaRTLRLT針葉樹材針葉樹材 云杉云杉0.3901211583896496690758390.430.370.47 松木松木0.55

18、0101627211035736761172660.680.420.51 花旗松花旗松0.59091640013009009101180790.630.430.37闊葉樹材闊葉樹材 輕木輕木0.20096274296103200310330.660.230.49 核桃木核桃木0.590111123911726216908962280.720.490.63 白蠟?zāi)景紫災(zāi)?.670915790151682789613102690.710.460.51山毛櫸山毛櫸0.750111370022401140106016104600.750.450.51幾種木材的彈性常數(shù)幾種木材的彈性常數(shù)木材的正交對稱性

19、與正交異向性木材的正交對稱性與正交異向性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)（）木材是高度異向性的材料，拉伸、壓縮和彎曲的彈性模量（）木材是高度異向性的材料，拉伸、壓縮和彎曲的彈性模量E近似相等近似相等。彈性模量在三個主方向上各不相同?？v向彈性模量可大于橫向彈性模量在三個主方向上各不相同?？v向彈性模量可大于橫向幾十倍，橫向中徑向大于弦向。幾十倍，橫向中徑向大于弦向。EL ER ET 針葉樹材的針葉樹材的 ER/ ET1.8 , EL/ ET 24， EL/ ER 13.3 闊葉樹材的闊葉樹材的 ER/ ET1.9 , EL/ ET 18.5， EL/ ER 9.5（）剛性模量，橫斷面最小

20、（）剛性模量，橫斷面最小： GLR （徑面（徑面） GLT （弦面弦面） GRT（橫橫斷面斷面）橫橫切面最小切面最小,針葉樹材三者之比為針葉樹材三者之比為20.5 :17:1,闊葉樹材三者之比為闊葉樹材三者之比為4.3 : 3.2 : 1，徑、弦面剛性模量分別與徑、弦向彈性模量數(shù)值相近即，徑、弦面剛性模量分別與徑、弦向彈性模量數(shù)值相近即GLR ER , GLTET 。（）彈性模量和剛性模量均隨密度（）彈性模量和剛性模量均隨密度的增加而增加。的增加而增加。（）木材的泊松比（）木材的泊松比（橫向變形系數(shù)）均小于，而木材在橫向受力時，（橫向變形系數(shù)）均小于，而木材在橫向受力時，對縱向的泊松比遠(yuǎn)小于其

21、他泊松比，并以弦向受力時的泊松比為最小，對縱向的泊松比遠(yuǎn)小于其他泊松比，并以弦向受力時的泊松比為最小，有有uRT uLT uLR。 木材的正交對稱性與正交異向性木材的正交對稱性與正交異向性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)第三節(jié)第三節(jié) 木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)l 流變學(xué)：流變學(xué)：討論材料荷載后的彈性和黏性的科學(xué)。討論材料荷載后的彈性和黏性的科學(xué)。(討論材討論材料荷載后應(yīng)力料荷載后應(yīng)力-應(yīng)變之間關(guān)系應(yīng)變之間關(guān)系隨時間變化隨時間變化的規(guī)律的規(guī)律)l木材的粘彈性（木材的粘彈性（viscoelasticity of wood） 木材等高分木材等高分子物

22、在外力作用下表現(xiàn)出粘性流體和彈性固體兼有的性質(zhì)。子物在外力作用下表現(xiàn)出粘性流體和彈性固體兼有的性質(zhì)。當(dāng)其受到較長時間的外力作用時，就像極粘的液體出現(xiàn)粘當(dāng)其受到較長時間的外力作用時，就像極粘的液體出現(xiàn)粘性的變形。性的變形。l 蠕變和松弛：蠕變和松弛：是黏彈性的主要內(nèi)容。木材的黏彈性同樣是黏彈性的主要內(nèi)容。木材的黏彈性同樣依賴于溫度、負(fù)荷時間、加荷速率和應(yīng)變幅值等條件，其依賴于溫度、負(fù)荷時間、加荷速率和應(yīng)變幅值等條件，其中溫度和時間的影響尤為明顯。中溫度和時間的影響尤為明顯。木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)木材屬高分子結(jié)構(gòu)材料，受外力作用時產(chǎn)生木材屬高分子結(jié)構(gòu)材料

23、，受外力作用時產(chǎn)生3種變形：種變形：（instant elastic deformation） ：木材承載時，產(chǎn)生木材承載時，產(chǎn)生與加載速度相適應(yīng)的變形，它服從于虎克定律。與加載速度相適應(yīng)的變形，它服從于虎克定律。（粘彈性變形（粘彈性變形）（）（elastic after effect deformation） ：加：加載過程終止，木材立即產(chǎn)生隨時間遞減的彈性變形。載過程終止，木材立即產(chǎn)生隨時間遞減的彈性變形。 它是因纖維素分子鏈它是因纖維素分子鏈的卷曲或伸展造成，這種變形是可逆的，與瞬時彈性變形相比它具有時間滯的卷曲或伸展造成，這種變形是可逆的，與瞬時彈性變形相比它具有時間滯后性質(zhì)。后性質(zhì)。

24、（plasticity deformation） ：纖維素分子鏈因載荷而彼此滑動所：纖維素分子鏈因載荷而彼此滑動所造成的變形。該變形是不可逆的。造成的變形。該變形是不可逆的。木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)2、木材的典型、木材的典型蠕變曲線蠕變曲線 OA -加載后的瞬間彈性變形加載后的瞬間彈性變形 AB -蠕變過程，（蠕變過程，（t0t1）t BC1 - 卸載后的瞬間彈性回復(fù)，卸載后的瞬間彈性回復(fù)，BC1=OA C1D-蠕變回復(fù)過程，蠕變回復(fù)過程，t 緩緩慢回復(fù)慢回復(fù) 木材的蠕變曲線木材的蠕變曲線O木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)

25、性質(zhì)3 3、 蠕變規(guī)律蠕變規(guī)律 （1 1）對木材施載產(chǎn)生瞬時變形后，變形有一隨時間推移而增大的）對木材施載產(chǎn)生瞬時變形后，變形有一隨時間推移而增大的蠕變過程；蠕變過程；（2 2）卸載后有一瞬時彈性恢復(fù)變形，在數(shù)值上等于施載時的瞬時）卸載后有一瞬時彈性恢復(fù)變形，在數(shù)值上等于施載時的瞬時變形；變形；木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)（3 3）卸載后有一隨時間推移而變形減小的蠕變恢復(fù)，在此過程中的是可恢復(fù)蠕）卸載后有一隨時間推移而變形減小的蠕變恢復(fù)，在此過程中的是可恢復(fù)蠕變部分；變部分；（4 4）在完成上述蠕變恢復(fù)后，變形不再回復(fù)，而殘留的變形為永久變形，即蠕）在完成

26、上述蠕變恢復(fù)后，變形不再回復(fù)，而殘留的變形為永久變形，即蠕變的不可恢復(fù)部分；變的不可恢復(fù)部分；（5 5）蠕變變形值等于）蠕變變形值等于可恢復(fù)蠕變變形值可恢復(fù)蠕變變形值（一次蠕變）和（一次蠕變）和不可恢復(fù)蠕變變形值不可恢復(fù)蠕變變形值（二次蠕變）之和。（二次蠕變）之和。木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)反復(fù)加載反復(fù)加載- -卸載的應(yīng)力卸載的應(yīng)力- -應(yīng)變周期圖應(yīng)變周期圖木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)對木材施加一荷載，荷載初期產(chǎn)生應(yīng)力對木材施加一荷載，荷載初期產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線OAOA，卸載產(chǎn)生曲線，卸載產(chǎn)生曲線AB，殘留了永

27、久變形殘留了永久變形OB 。為了使永久變形消失而重新獲得物體的原來形狀，必。為了使永久變形消失而重新獲得物體的原來形狀，必須施加與產(chǎn)生曲線應(yīng)力符號相反的應(yīng)力須施加與產(chǎn)生曲線應(yīng)力符號相反的應(yīng)力OC ，而形成這段曲線，而形成這段曲線BC 。多向應(yīng)力作用下蠕變的消除多向應(yīng)力作用下蠕變的消除木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)l OCBCCD DE EO多向應(yīng)力作用下蠕變的消除多向應(yīng)力作用下蠕變的消除木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì) BD 多向應(yīng)力作用下蠕變的消除多向應(yīng)力作用下蠕變的消除木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)

28、木材的力學(xué)性質(zhì)6. 蠕變的影響因素蠕變的影響因素(1)時間：時間：(2)木材的含水率：木材的含水率：含水率升高時，同樣荷載下木材含水率升高時，同樣荷載下木材 的變形會增加。的變形會增加。(3)溫度：溫度增高，變形量與變形速率會增加溫度：溫度增高，變形量與變形速率會增加 木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)（1）針葉樹材在含水率不發(fā)生變化的條件下，施加靜力載荷小于木材比例極限）針葉樹材在含水率不發(fā)生變化的條件下，施加靜力載荷小于木材比例極限強(qiáng)度的強(qiáng)度的75%時，可以認(rèn)為是安全的。但在含水率變化條件下，大于比例極限時，可以認(rèn)為是安全的。但在含水率變化條件下，大于比例極

29、限強(qiáng)度強(qiáng)度20%時，就可能產(chǎn)生蠕變，隨時間延長最終會導(dǎo)致破壞。時，就可能產(chǎn)生蠕變，隨時間延長最終會導(dǎo)致破壞。（2）靜載荷產(chǎn)生變形，若其變形速率（連續(xù)相等時間間隔內(nèi)變形的差值）逐漸）靜載荷產(chǎn)生變形，若其變形速率（連續(xù)相等時間間隔內(nèi)變形的差值）逐漸降低，則變形經(jīng)一定時間后最終會停止，木結(jié)構(gòu)是安全的。相反，變形速率降低，則變形經(jīng)一定時間后最終會停止，木結(jié)構(gòu)是安全的。相反，變形速率是逐漸增加的，則設(shè)計(jì)不安全，最終會導(dǎo)致破壞。是逐漸增加的，則設(shè)計(jì)不安全，最終會導(dǎo)致破壞。木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)（3）所施靜載荷低于彈性極限，短期受載即卸載，能恢復(fù)其原具）所施靜載荷

30、低于彈性極限，短期受載即卸載，能恢復(fù)其原具有的極限強(qiáng)度和彈性。有的極限強(qiáng)度和彈性。（4）含水率會增加木材的塑性和變形。）含水率會增加木材的塑性和變形。（5）溫度對蠕變有顯著的影響。當(dāng)空氣溫度和濕度增加時，木材）溫度對蠕變有顯著的影響。當(dāng)空氣溫度和濕度增加時，木材的總變形和變形速度也增加的總變形和變形速度也增加。木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)二二. 木材的松弛木材的松弛1. 概念概念(stress relaxation)：指在恒定溫度和形變保持：指在恒定溫度和形變保持不變的情況下不變的情況下,木材內(nèi)部的應(yīng)力隨時間延長而逐漸木材內(nèi)部的應(yīng)力隨時間延長而逐漸衰減的現(xiàn)

31、象。衰減的現(xiàn)象。松弛與蠕變的區(qū)別在于：在蠕變中，應(yīng)力是常數(shù)，松弛與蠕變的區(qū)別在于：在蠕變中，應(yīng)力是常數(shù)，應(yīng)變是隨時間變化的可變量；而在松弛中，應(yīng)變應(yīng)變是隨時間變化的可變量；而在松弛中，應(yīng)變是常數(shù)，應(yīng)力是隨時間變化的可變量。是常數(shù)，應(yīng)力是隨時間變化的可變量。 木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)松弛曲線松弛曲線 松弛曲線松弛曲線:應(yīng)力應(yīng)力時間曲線時間曲線 m為松弛系數(shù)。為松弛系數(shù)。 松弛系數(shù)隨樹種和應(yīng)力種松弛系數(shù)隨樹種和應(yīng)力種類而有不同，但更受密度和類而有不同，但更受密度和含水率影響，含水率影響，m值與密度成反值與密度成反比，與含水率成正比。比，與含水率成正比。 松

32、弛彈性模量：單位應(yīng)變松弛彈性模量：單位應(yīng)變的松弛應(yīng)力的松弛應(yīng)力E(t)。黏彈性材料的松弛曲線黏彈性材料的松弛曲線( (應(yīng)變的速度為常數(shù)應(yīng)變的速度為常數(shù)) )木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)三三. 木材的長期荷載木材的長期荷載長期載荷的影響長期載荷的影響 在長期載荷作用下的木材強(qiáng)度，隨作用時間的延長在長期載荷作用下的木材強(qiáng)度，隨作用時間的延長而減小，長期載荷強(qiáng)度遠(yuǎn)比瞬間強(qiáng)度小。這是由于木材而減小，長期載荷強(qiáng)度遠(yuǎn)比瞬間強(qiáng)度小。這是由于木材中彈性和塑性兩種變形同時反應(yīng)的結(jié)果。短時間內(nèi)，在中彈性和塑性兩種變形同時反應(yīng)的結(jié)果。短時間內(nèi)，在一定應(yīng)力范圍內(nèi)的變形，幾乎完全是

33、彈性的。但在長期一定應(yīng)力范圍內(nèi)的變形，幾乎完全是彈性的。但在長期載荷下塑性已成為左右木材變形的更重要的因素。時間載荷下塑性已成為左右木材變形的更重要的因素。時間因素對木材的力學(xué)性質(zhì)有很大的影響。因素對木材的力學(xué)性質(zhì)有很大的影響。木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)四、木材的塑性四、木材的塑性(plasticity of wood) 木材作為承重結(jié)構(gòu)材使用時，設(shè)計(jì)應(yīng)力或荷重應(yīng)控制在彈性木材作為承重結(jié)構(gòu)材使用時，設(shè)計(jì)應(yīng)力或荷重應(yīng)控制在彈性極限或蠕變極限范圍之內(nèi)，必須避免塑性變形的產(chǎn)生。但在彎曲極限或蠕變

34、極限范圍之內(nèi)，必須避免塑性變形的產(chǎn)生。但在彎曲木、壓縮木和人造板成型等加工時，又必須掌握增加木材塑性的木、壓縮木和人造板成型等加工時，又必須掌握增加木材塑性的條件，盡可能增加木材的塑性變形。條件，盡可能增加木材的塑性變形。1 、 塑性與塑性變形塑性與塑性變形 當(dāng)施加于木材的應(yīng)力超過木材的彈性限度時，去除外當(dāng)施加于木材的應(yīng)力超過木材的彈性限度時，去除外力后，木材仍會殘留一個當(dāng)前不能恢復(fù)的變形，將這個變形稱為力后，木材仍會殘留一個當(dāng)前不能恢復(fù)的變形，將這個變形稱為塑性變形。塑性變形。 木材所表現(xiàn)出的這一性質(zhì)稱為塑性。木材所表現(xiàn)出的這一性質(zhì)稱為塑性。 木材的塑性是由于在應(yīng)力作用下，木材的塑性是由于在

35、應(yīng)力作用下，高分子結(jié)構(gòu)的變形及相互高分子結(jié)構(gòu)的變形及相互間相對移動間相對移動的結(jié)果。木材屬于塑性較小的材料。的結(jié)果。木材屬于塑性較小的材料。木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)2 .木材塑性的影響因素木材塑性的影響因素 影響木材塑性的重要因素有木材的影響木材塑性的重要因素有木材的的影響的影響十分顯著。十分顯著。 :隨隨W 增大增大 而增大。而增大。 :隨隨T 增大而加大，這種性質(zhì)往往被稱為增大而加大，這種性質(zhì)往往被稱為熱塑性。熱塑性。 木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)3. 3. 木材塑性的應(yīng)用木材塑性的應(yīng)用 干燥時，木材由于不規(guī)則

36、干縮所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會干燥時，木材由于不規(guī)則干縮所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會破壞其組織的內(nèi)聚力，而塑性的產(chǎn)生可以抵消一破壞其組織的內(nèi)聚力，而塑性的產(chǎn)生可以抵消一部分木材的內(nèi)應(yīng)力。部分木材的內(nèi)應(yīng)力。木材橫紋壓縮變形的定型處理等木材加工工藝中木材橫紋壓縮變形的定型處理等木材加工工藝中就需增大木材的塑性。就需增大木材的塑性。 木材的粘彈性木材的粘彈性第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì) 抗拉強(qiáng)度：抵御拉伸應(yīng)力的最大臨界能力。抗拉強(qiáng)度：抵御拉伸應(yīng)力的最大臨界能力。 抗壓強(qiáng)度：抵御壓縮應(yīng)力的最大臨界能力?？箟簭?qiáng)度：抵御壓縮應(yīng)力的最大臨界能力。 抗彎強(qiáng)度：抵御被彎曲的最大

37、臨界能力?？箯潖?qiáng)度：抵御被彎曲的最大臨界能力。第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)二二. . 木材的韌性：木材的韌性： 木材吸收能量和抵抗反復(fù)沖擊載荷，木材吸收能量和抵抗反復(fù)沖擊載荷， 或抵抗超或抵抗超過比例極限的短期載荷的能力。也是材料在不致過比例極限的短期載荷的能力。也是材料在不致破壞的情況下所能抵御的瞬時最大沖擊能量值。破壞的情況下所能抵御的瞬時最大沖擊能量值。單位單位KJ/m2 。 第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)三、三、 木材的破壞木材的破壞 1 1、 破壞破壞 木材結(jié)構(gòu)破壞是指其組織結(jié)構(gòu)在外力或外部環(huán)境木材結(jié)構(gòu)破壞是指其組織結(jié)構(gòu)在外力或外部環(huán)境作用下發(fā)生斷裂、扭曲、

38、錯位，而使木材宏觀整作用下發(fā)生斷裂、扭曲、錯位，而使木材宏觀整體完全喪失或部分喪失原有物理力學(xué)性能的現(xiàn)象。體完全喪失或部分喪失原有物理力學(xué)性能的現(xiàn)象。 第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì) 從細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)物質(zhì)的性質(zhì)來看，木材發(fā)從細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)物質(zhì)的性質(zhì)來看，木材發(fā)生破壞的原因是微纖絲和纖維素骨架的填充物的撕裂，生破壞的原因是微纖絲和纖維素骨架的填充物的撕裂，或纖維素骨架的填充物的剪切，或纖維被壓潰所引起?；蚶w維素骨架的填充物的剪切，或纖維被壓潰所引起。任何條件對木材破壞的決定性作用都取決于應(yīng)力狀態(tài)的任何條件對木材破壞的決定性作用都取決于應(yīng)力狀態(tài)的類型類型。 2 2、 木

39、材破壞的原因木材破壞的原因 纖維素賦予木材彈性和強(qiáng)度；纖維素賦予木材彈性和強(qiáng)度； 木質(zhì)素賦予木材硬度和剛性；木質(zhì)素賦予木材硬度和剛性； 半纖維素起填充作用，它賦予木材剪切強(qiáng)度。半纖維素起填充作用，它賦予木材剪切強(qiáng)度。第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)四、單軸應(yīng)力下木材的變形與破壞特點(diǎn)四、單軸應(yīng)力下木材的變形與破壞特點(diǎn)1、順紋壓縮、順紋壓縮（compression along the grain）: 平行于木材紋理方向的壓縮稱平行于木材紋理方向的壓縮稱順紋壓縮。順紋壓縮。 順紋壓縮破壞的宏觀征狀：最初現(xiàn)象是橫跨側(cè)面的細(xì)線條，隨著作用力順紋壓縮破壞的宏觀征狀：最初現(xiàn)象是橫跨側(cè)面的細(xì)線條，隨

40、著作用力加大，變形隨之增加，材面上開始出現(xiàn)皺褶。木材順壓破壞試件上，?？梢娂哟螅冃坞S之增加，材面上開始出現(xiàn)皺褶。木材順壓破壞試件上，常可見連續(xù)破壞線總出現(xiàn)在弦面，說明木材剛性徑面大于弦面。因木射線在徑面起連續(xù)破壞線總出現(xiàn)在弦面，說明木材剛性徑面大于弦面。因木射線在徑面起骨架和支撐作用；此外微纖絲在胞壁徑面與木射線相交，產(chǎn)生了局部扭轉(zhuǎn)，骨架和支撐作用；此外微纖絲在胞壁徑面與木射線相交，產(chǎn)生了局部扭轉(zhuǎn)，對剪切方向也有影響。破壞線與主軸的傾角常取決于木材密度，密度大者，對剪切方向也有影響。破壞線與主軸的傾角常取決于木材密度，密度大者，傾角小。傾角小。 破壞形狀和破壞部位常取決于木材含水率和硬度等因

41、素。破壞形狀和破壞部位常取決于木材含水率和硬度等因素。以端以端部壓潰破壞最為常見，破壞出現(xiàn)在應(yīng)力集中即木材荷載與之接觸的地方部壓潰破壞最為常見，破壞出現(xiàn)在應(yīng)力集中即木材荷載與之接觸的地方。常在未發(fā)生明顯扭曲之前，因劈裂而破壞，這是由于纖維或木射線的常在未發(fā)生明顯扭曲之前，因劈裂而破壞，這是由于纖維或木射線的撕裂，而非木射線與鄰接的構(gòu)造分子之間的分離。撕裂，而非木射線與鄰接的構(gòu)造分子之間的分離。第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)順紋壓縮破壞的微觀征狀：順紋壓縮破壞的微觀征狀： 由顯微鏡可觀察到順壓破壞有由顯微鏡可觀察到順壓破壞有3個階段。首先在次生壁上會產(chǎn)生橫向的細(xì)線個階段。首先在次生壁

42、上會產(chǎn)生橫向的細(xì)線紋（錯位形成），與細(xì)胞長軸約成紋（錯位形成），與細(xì)胞長軸約成57 角。隨壓力增大變形增加，這些細(xì)角。隨壓力增大變形增加，這些細(xì)線紋越來越多，直到最后細(xì)線紋彼此相連而形成縱橫交錯的網(wǎng)紋為止。最線紋越來越多，直到最后細(xì)線紋彼此相連而形成縱橫交錯的網(wǎng)紋為止。最后在細(xì)胞壁的這些細(xì)線紋處產(chǎn)生剪切破壞，剪切破壞多了，整個細(xì)胞壁便后在細(xì)胞壁的這些細(xì)線紋處產(chǎn)生剪切破壞，剪切破壞多了，整個細(xì)胞壁便被扭曲。受壓的皺痕使整個破壞區(qū)的細(xì)胞壁都扭曲。被扭曲。受壓的皺痕使整個破壞區(qū)的細(xì)胞壁都扭曲。 前兩階段屬初期破壞。微纖絲產(chǎn)生錯位，在低于破壞載荷的前兩階段屬初期破壞。微纖絲產(chǎn)生錯位，在低于破壞載荷的2

43、5%應(yīng)力的水應(yīng)力的水平下已開始產(chǎn)生。這種錯位使木材纖維縮短，屬永久的塑性變形。木材纖平下已開始產(chǎn)生。這種錯位使木材纖維縮短，屬永久的塑性變形。木材纖維與木射線接觸部位易產(chǎn)生錯位，錯位所產(chǎn)生的滑移線與胞壁主軸一般成維與木射線接觸部位易產(chǎn)生錯位，錯位所產(chǎn)生的滑移線與胞壁主軸一般成5070 角。角。 繼初期破壞之后，木材纖維會產(chǎn)生扭曲。扭曲是木材纖維受力后彎曲而偏繼初期破壞之后，木材纖維會產(chǎn)生扭曲。扭曲是木材纖維受力后彎曲而偏離原軸線，但纖維間仍保持彼此平行。它是木材受壓破壞后厚壁細(xì)胞的特離原軸線，但纖維間仍保持彼此平行。它是木材受壓破壞后厚壁細(xì)胞的特征。到破壞后期，早材細(xì)胞常發(fā)生扭曲，以適應(yīng)木材破

44、壞的外形。征。到破壞后期，早材細(xì)胞常發(fā)生扭曲，以適應(yīng)木材破壞的外形。第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì) 2 2、橫紋壓縮、橫紋壓縮（compression perpendicular to the graincompression perpendicular to the grain） 木材橫紋壓縮是指作用力方向與木材紋理方向相垂直的木材橫紋壓縮是指作用力方向與木材紋理方向相垂直的壓縮。壓縮。木材橫紋壓縮可分為局部受壓和全部受壓。前者抗壓強(qiáng)木材橫紋壓縮可分為局部受壓和全部受壓。前者抗壓強(qiáng)度高于后者。鐵軌架在枕木上屬局部受壓，膠合板制造度高于后者。鐵軌架在枕木上屬局部受壓，膠合板制造的加

45、壓屬全部受壓。木材橫紋抗壓結(jié)果是用比例極限值，的加壓屬全部受壓。木材橫紋抗壓結(jié)果是用比例極限值，或用試件厚度或用試件厚度2.5%2.5%壓縮率時的應(yīng)力值來表示。壓縮率時的應(yīng)力值來表示。木材進(jìn)行壓縮時，應(yīng)力木材進(jìn)行壓縮時，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是一條非線性的曲線應(yīng)變關(guān)系是一條非線性的曲線. .第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)a.a.橫壓破壞宏觀表現(xiàn)橫壓破壞宏觀表現(xiàn)木材橫壓時，宏觀變化首先是纖維受壓變緊密。局部橫壓時，承木材橫壓時，宏觀變化首先是纖維受壓變緊密。局部橫壓時，承壓板凹陷入木材，上部的纖維破壞，較內(nèi)部的纖維未受影響。當(dāng)壓板凹陷入木材，上部的纖維破壞，較內(nèi)部的纖維未受影響。當(dāng)荷載繼續(xù)增加

46、時，試樣未受壓的端部會突出，或呈水平劈裂。試荷載繼續(xù)增加時，試樣未受壓的端部會突出，或呈水平劈裂。試樣突出部分增加了直接荷載下的木材強(qiáng)度。樣突出部分增加了直接荷載下的木材強(qiáng)度。b.b.橫壓破壞微觀表現(xiàn)橫壓破壞微觀表現(xiàn)木材橫壓時微觀變化主要是細(xì)胞的橫斷面變形，若施加的壓縮荷木材橫壓時微觀變化主要是細(xì)胞的橫斷面變形，若施加的壓縮荷載為足夠大時，這種變形將繼續(xù)擴(kuò)大，直至荷載超過木材的彈性載為足夠大時，這種變形將繼續(xù)擴(kuò)大，直至荷載超過木材的彈性極限后，木材外部纖維及其鄰近纖維潰壞，并變得緊密，產(chǎn)生永極限后，木材外部纖維及其鄰近纖維潰壞，并變得緊密，產(chǎn)生永久變形。外部纖維破壞最大，也最緊密。橫壓試件由外

47、向內(nèi)纖維久變形。外部纖維破壞最大，也最緊密。橫壓試件由外向內(nèi)纖維遭受的破壞和被壓程度也依次變小。木材這種重新分配應(yīng)力和吸遭受的破壞和被壓程度也依次變小。木材這種重新分配應(yīng)力和吸收能量的能力，對于用木材作承重墊板，特別是木結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)聯(lián)收能量的能力，對于用木材作承重墊板，特別是木結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)處尤為重要。在用連接件（螺栓等）將木構(gòu)件連在一起時，常結(jié)處尤為重要。在用連接件（螺栓等）將木構(gòu)件連在一起時，常用來傳遞構(gòu)件的內(nèi)力。用來傳遞構(gòu)件的內(nèi)力。第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)3、順紋拉伸、順紋拉伸第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)4、橫紋拉伸、橫紋拉伸木材橫紋拉伸分徑向拉伸和弦向拉伸

48、。木材橫紋拉伸分徑向拉伸和弦向拉伸。木材的橫紋拉伸強(qiáng)度很低，只有順紋拉伸強(qiáng)度的木材的橫紋拉伸強(qiáng)度很低，只有順紋拉伸強(qiáng)度的1/65 1/35 。木材在徑向和。木材在徑向和弦向拉伸時的強(qiáng)度差，取決于木材密度及射線的數(shù)量與結(jié)構(gòu)。弦向拉伸時的強(qiáng)度差，取決于木材密度及射線的數(shù)量與結(jié)構(gòu)。木材徑向受拉時，除木射線細(xì)胞的微纖絲受軸向拉伸外，其余細(xì)胞的微纖絲木材徑向受拉時，除木射線細(xì)胞的微纖絲受軸向拉伸外，其余細(xì)胞的微纖絲都受垂直方向的拉伸，組成木材細(xì)胞一系列鏈狀分子受橫拉應(yīng)力時會發(fā)生扭都受垂直方向的拉伸，組成木材細(xì)胞一系列鏈狀分子受橫拉應(yīng)力時會發(fā)生扭曲。由于木射線組織體積百分比較小，故木材橫向拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于

49、順紋拉曲。由于木射線組織體積百分比較小，故木材橫向拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于順紋拉伸強(qiáng)度。伸強(qiáng)度。 針葉樹材和環(huán)孔材弦向拉伸時，參與拉伸的微纖絲數(shù)量比徑向多。針葉樹材和環(huán)孔材弦向拉伸時，參與拉伸的微纖絲數(shù)量比徑向多。散孔材參與拉伸的微纖絲數(shù)量徑向弦向都一樣多，但徑向有木射線細(xì)胞壁微散孔材參與拉伸的微纖絲數(shù)量徑向弦向都一樣多，但徑向有木射線細(xì)胞壁微纖絲是軸向拉伸，所以散孔材橫紋拉伸強(qiáng)度徑向大于弦向。纖絲是軸向拉伸，所以散孔材橫紋拉伸強(qiáng)度徑向大于弦向。第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)5、順紋剪切、順紋剪切按剪切力與木材紋理方向之間的關(guān)系，可分為順紋剪切、橫紋剪按剪切力與木材紋理方向之間的關(guān)系，可分

50、為順紋剪切、橫紋剪切和切斷。木材使用中最常見的為順紋剪切，又分為弦切面和徑切和切斷。木材使用中最常見的為順紋剪切，又分為弦切面和徑切面。切面。木材順紋剪切的破壞特點(diǎn)是木材纖維在平行于紋理的方向發(fā)生了木材順紋剪切的破壞特點(diǎn)是木材纖維在平行于紋理的方向發(fā)生了相互滑移。相互滑移。a.剪切面平行于年輪的弦面剪切：其破壞常出現(xiàn)于早材部分，在早剪切面平行于年輪的弦面剪切：其破壞常出現(xiàn)于早材部分，在早材和晚材交界處滑行，破壞表面較光滑，但略有起伏，面上帶有材和晚材交界處滑行，破壞表面較光滑，但略有起伏，面上帶有細(xì)絲狀木毛。細(xì)絲狀木毛。b.剪切面垂直于年輪的徑面剪切：其破壞表面較粗糙，不均勻而無剪切面垂直于年

51、輪的徑面剪切：其破壞表面較粗糙，不均勻而無明顯木毛。在擴(kuò)大鏡下，早材的一些星散區(qū)域上帶有細(xì)木毛。明顯木毛。在擴(kuò)大鏡下，早材的一些星散區(qū)域上帶有細(xì)木毛。第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)壓縮壓縮強(qiáng)度強(qiáng)度拉伸拉伸強(qiáng)度強(qiáng)度抗彎抗彎強(qiáng)度強(qiáng)度抗劈力抗劈力硬度硬度沖擊沖擊韌性韌性扭曲扭曲強(qiáng)度強(qiáng)度抗剪抗剪強(qiáng)度強(qiáng)度順紋順紋抗壓抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度橫紋橫紋抗壓抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度局部局部抗壓抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度順紋順紋抗拉抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度橫紋橫紋抗拉抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)按作用力方向分：順紋和橫紋（弦向、徑向）；按作用力方向分：順紋和橫紋（弦向、徑向）； 按荷載形式分：靜力荷載、沖擊荷載、振動按荷載

52、形式分：靜力荷載、沖擊荷載、振動 荷載、長期荷載；荷載、長期荷載； 按作用力方式分：拉伸、壓縮、剪切、彎按作用力方式分：拉伸、壓縮、剪切、彎 曲、扭轉(zhuǎn)及縱向彎曲；曲、扭轉(zhuǎn)及縱向彎曲； 按工藝要求分：抗劈力、握釘力、彎曲能力、按工藝要求分：抗劈力、握釘力、彎曲能力、 耐磨性。耐磨性。第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)木材受壓荷載應(yīng)用最廣泛，是木材受壓荷載應(yīng)用最廣泛，是木材力學(xué)性質(zhì)中最重要的特性。木材力學(xué)性質(zhì)中最重要的特性。1. 順紋抗壓強(qiáng)度順紋抗壓強(qiáng)度(compressive strength parallel to grain of wood)概念：概念：力的方向平行于木材紋力的方向平

53、行于木材紋理，給試件全部加壓面施加載理，給試件全部加壓面施加載荷時的強(qiáng)度。荷時的強(qiáng)度。 木材順紋抗壓木材順紋抗壓順紋抗壓 一、抗壓強(qiáng)度一、抗壓強(qiáng)度(compressive strength)第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì) 順紋抗壓強(qiáng)度是木材作為結(jié)構(gòu)和建筑材料的主要力順紋抗壓強(qiáng)度是木材作為結(jié)構(gòu)和建筑材料的主要力學(xué)性質(zhì)，它可在一定程度上說明木材總的力學(xué)性質(zhì)學(xué)性質(zhì)，它可在一定程度上說明木材總的力學(xué)性質(zhì)的好壞。的好壞。由于其強(qiáng)度變化較少，且易于測定，在研究與木材由于其強(qiáng)度變化較少，且易于測定，在研究與木材強(qiáng)度有密切關(guān)系事項(xiàng)時，如含水率等與強(qiáng)度關(guān)系均強(qiáng)度有密切關(guān)系事項(xiàng)時，如含水率等與強(qiáng)度關(guān)系

54、均采用此項(xiàng)試驗(yàn)。采用此項(xiàng)試驗(yàn)。順紋抗壓強(qiáng)度主要取決于細(xì)胞壁的化學(xué)成分為順紋抗壓強(qiáng)度主要取決于細(xì)胞壁的化學(xué)成分為 木素木素（賦予木材抗壓強(qiáng)度和剛性，把木材分子粘合在一（賦予木材抗壓強(qiáng)度和剛性，把木材分子粘合在一起）。起）。 第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)測定試件斷面的徑、弦向尺寸為測定試件斷面的徑、弦向尺寸為202020mm20mm，高度為，高度為30mm30mm。順壓。順壓強(qiáng)度可用下式計(jì)算：強(qiáng)度可用下式計(jì)算： 式中：式中：為順壓強(qiáng)度（為順壓強(qiáng)度（MPaMPa）；）；maxmax為破壞荷載（為破壞荷載（N N）；）；b b和和t t分別為試件的寬度、厚度尺寸（分別為試件的寬度、厚度尺

55、寸（mmmm）。）。 我國木材順壓強(qiáng)度平均值約為我國木材順壓強(qiáng)度平均值約為45045010105 5PaPa，順壓比例極限與強(qiáng)，順壓比例極限與強(qiáng)度的比值約為度的比值約為 0.700.70，其中，針葉材為，其中，針葉材為左右，軟闊葉材為左右，軟闊葉材為0.700.70，硬闊葉材為，硬闊葉材為0.660.66。針葉材具有較高比例極限的原因有結(jié)。針葉材具有較高比例極限的原因有結(jié)構(gòu)較規(guī)則，硬闊葉材中環(huán)孔材由于結(jié)構(gòu)不規(guī)則，因此比例極限構(gòu)較規(guī)則，硬闊葉材中環(huán)孔材由于結(jié)構(gòu)不規(guī)則，因此比例極限最低。最低。btPwmax第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)2. 橫紋抗壓強(qiáng)度橫紋抗壓強(qiáng)度(compressi

56、ve strength perpendicular to grain of wood) 根根據(jù)作用力與年輪位置的不同，分為徑向和弦向受壓。據(jù)作用力與年輪位置的不同，分為徑向和弦向受壓。(1)概念：概念：(2)分局部受壓和全部受壓：分局部受壓和全部受壓：全部受壓試件名義尺寸為全部受壓試件名義尺寸為2020202030mm30mm，局部，局部受壓為受壓為2020202060mm60mm，后一尺寸均為順紋尺寸。，后一尺寸均為順紋尺寸。(3)根據(jù)作用力與年輪的位置不同又可分徑向和弦向。根據(jù)作用力與年輪的位置不同又可分徑向和弦向。又可以分為徑向和弦又可以分為徑向和弦向受壓：向受壓： 因橫紋壓力因橫紋壓力

57、無法準(zhǔn)確測定無法準(zhǔn)確測定破壞強(qiáng)度，故從繪制荷載變形曲線上確破壞強(qiáng)度，故從繪制荷載變形曲線上確定比例極限荷載，分別以下式計(jì)算橫壓比例極限強(qiáng)度：定比例極限荷載，分別以下式計(jì)算橫壓比例極限強(qiáng)度：全部橫壓全部橫壓 （MPaMPa） 局部橫壓局部橫壓 （MPaMPa）式中：為比例極限荷載（式中：為比例極限荷載（N N），為試樣寬度（），為試樣寬度（mmmm），為試樣長度），為試樣長度(mm)(mm)，t t為加壓鋼塊寬度為加壓鋼塊寬度(mm)(mm)。LbPYbtPp 第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)橫紋抗壓（全部）橫紋抗壓（局部）第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)木材橫壓比例極限強(qiáng)度

58、，局部橫壓高于全部橫壓，前者木材橫壓比例極限強(qiáng)度，局部橫壓高于全部橫壓，前者應(yīng)用范圍較廣，測定以前者為主。應(yīng)用范圍較廣，測定以前者為主。徑向與弦向橫壓值的大小與木材構(gòu)造有極其密切的關(guān)系。徑向與弦向橫壓值的大小與木材構(gòu)造有極其密切的關(guān)系。具有寬木射線和木射線含量較高的樹種（櫟木、米櫧具有寬木射線和木射線含量較高的樹種（櫟木、米櫧等），徑向橫壓強(qiáng)度高于弦向；其它闊葉樹（窄木射等），徑向橫壓強(qiáng)度高于弦向；其它闊葉樹（窄木射線），徑向與弦向值相近；線），徑向與弦向值相近；對于針葉材，特別是早、晚材顯明的如落葉松等樹種，對于針葉材，特別是早、晚材顯明的如落葉松等樹種，則弦向大于徑向。當(dāng)徑向受壓時主要是較

59、松軟的早材部則弦向大于徑向。當(dāng)徑向受壓時主要是較松軟的早材部分易形成變形；而弦向受壓時試驗(yàn)一開始即由晚材承載。分易形成變形；而弦向受壓時試驗(yàn)一開始即由晚材承載。第八章第八章 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)二、二、抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(tensile strength)1. 順紋抗拉強(qiáng)度：順紋抗拉強(qiáng)度：(tensile strength parallel to grain of wood) 木材順紋抗拉強(qiáng)度取決于木材纖維的強(qiáng)度、長度、紋理方向木材順紋抗拉強(qiáng)度取決于木材纖維的強(qiáng)度、長度、紋理方向和木材密度等。纖維長度是左右木材順紋抗拉強(qiáng)度的主要因子，和木材密度等。纖維長度是左右木材順紋抗拉強(qiáng)度的主要因子

60、，纖維長度與微纖絲傾角間有一定相關(guān)，即纖維越長，微纖絲傾角纖維長度與微纖絲傾角間有一定相關(guān)，即纖維越長，微纖絲傾角越小，順紋抗拉強(qiáng)度也越大。木材密度大，順紋抗拉強(qiáng)度也大木越小，順紋抗拉強(qiáng)度也越大。木材密度大，順紋抗拉強(qiáng)度也大木材順紋抗拉強(qiáng)度是各類強(qiáng)度中最大者。材順紋抗拉強(qiáng)度是各類強(qiáng)度中最大者。 根據(jù)拉力與木材紋理的平行和垂直可分為順拉和橫拉。橫拉根據(jù)拉根據(jù)拉力與木材紋理的平行和垂直可分為順拉和橫拉。橫拉根據(jù)拉力與年輪的平行和垂直又可分弦向和徑向。力與年輪的平行和垂直又可分弦向和徑向。拉伸強(qiáng)度按以下公式計(jì)算拉伸強(qiáng)度按以下公式計(jì)算：btPwmax式中：式中： Pmax最大荷載（最大荷載（N） b試