木材力學(xué)性質(zhì)

1、木材的力學(xué)性質(zhì)基 本 概 念應(yīng)力在外力作用下，材料單位面積上所受的內(nèi)力稱應(yīng)力b應(yīng)變外力作用下，單位長度上的尺寸或形狀的變化稱為應(yīng)變£拉應(yīng)力兩個(gè)大小相等而方向相反的外力沿著木材冋一方向線作用，引起木材拉伸變形，此時(shí)外力垂直木材的截面上應(yīng)力稱為拉應(yīng)力壓應(yīng)力兩個(gè)大小相等而方向相反而相對的外力，沿著木材冋一方向作用引起木材壓縮 變形。此時(shí)外力垂直于木材截面上產(chǎn)生應(yīng)力稱為壓應(yīng)力剪切 應(yīng)力兩個(gè)大小相等方向相反接近平仃外力作用于木材，促使木材一部分相對于 另一部分發(fā)生錯(cuò)動(dòng)的剪開現(xiàn)象，此時(shí)錯(cuò)開面上產(chǎn)生應(yīng)力稱為剪應(yīng)力當(dāng)作用力與木材紋理相垂直時(shí)，木材上則會(huì)產(chǎn)生橫紋的壓、拉、剪應(yīng)力或剪斷應(yīng)力彈性物體在卸除

2、發(fā)生變形的荷載后，恢復(fù)其原有形狀、尺寸或位置的能力塑性物體在外力作用下，當(dāng)應(yīng)變增長的速度大于應(yīng)力增長的速度，外力消失后木材 產(chǎn)生永久殘留應(yīng)變形部分，即為塑性變形，而這一性質(zhì)稱為塑性P158b為應(yīng)力；Z為應(yīng)變應(yīng)力-應(yīng)變圖中，木材在比例極限應(yīng)力下可近似看作彈性，在這 極限以上的應(yīng)力就會(huì)產(chǎn)生塑性變形或發(fā)生破壞。隨著水分、溫度、 作用時(shí)間的升高，原彈性變形部分可轉(zhuǎn)化為塑性變形彈性模量E彈性限度范圍內(nèi)，物體抵抗外力改變其形狀或體積 的能力，材料剛性的指標(biāo)，柔量的倒數(shù)1/a應(yīng)力-應(yīng)變曲線中直線部分的斜率即為彈性模量a點(diǎn)即直線頂點(diǎn)為比例極限，對應(yīng)的bp為比例極限應(yīng)力a點(diǎn)到b點(diǎn)，應(yīng)力應(yīng)變不再為直線關(guān)系，但變形

3、任然為彈性， 解除應(yīng)力后變形將完全消失b點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力為材料彈性變形的極限值，稱彈性極限bo超過彈性極限后，去除外力木材不能完全恢復(fù)原形和體積，產(chǎn)生永 久變形極限何載試件達(dá)到最大應(yīng)力時(shí)的荷載氣干材兩荷載相冋破壞荷載試件完全破壞時(shí)的荷載強(qiáng)度抵抗外部機(jī)械力破壞的能力硬度抵抗其它剛性物體壓入的能力剛性抵抗外部機(jī)械力造成尺寸和體積變化的能力韌性木材吸收能量和抵抗反復(fù)沖擊荷載，或抵抗超過比例極限的短期應(yīng)力的能力靜力何載緩慢而均勻的施載形式；膠合板坯的熱壓沖擊何載集中全部荷載在瞬間猛擊的施載形式；鍛錘機(jī)下的墊木震動(dòng)荷載依次改變力的大小和方向的一種何載形式；鐵軌枕木長期何載帀作用時(shí)間相當(dāng)長的一種施載形式；木屋

4、架、木梁彎曲能力木材彎曲破壞前的最大彎曲應(yīng)力。用曲率半徑大小衡量耐磨性木材抵抗磨損的能力。用磨損部分損失的重量或體積來衡量容許應(yīng)力木構(gòu)件在使用或荷載條件下，能長期安全地承受的最大應(yīng)力木材力學(xué)-木材的正交異向性組織 構(gòu)造 因素樹木形成層逐年分生形成冋心圓狀的年輪層；組成木材的絕大部分細(xì)胞和組織是平 行樹干成軸向排列的，而射線組織是垂直于樹干成徑向排列的；另外構(gòu)成木材細(xì)胞 壁的各層，其微纖絲的排列方向不冋；以及纖維素的結(jié)晶為單斜晶體。使木材成為 柱面對稱的正交異向性材料體現(xiàn)拉伸強(qiáng)度縱向徑向 弦向壓縮強(qiáng)度縱向徑向 弦向彎曲強(qiáng)度 d bRbT沖擊韌性剪切強(qiáng)度順紋剪切 橫紋剪切硬度端面 弦面徑面磨損阻抗

5、實(shí)際應(yīng)用：弦面=徑面Art抗劈力S順紋抗劈力徑面和弦面差異由紋理通直性和射線組織發(fā)達(dá)程度而異木材力學(xué)-木材的粘彈性彈性固體具有固定構(gòu)型，靜載作用下變形與時(shí)間無關(guān)，外力卸載完全恢復(fù)原狀粘性固體沒有固定構(gòu)型，取決于容器，外力作用下變形隨時(shí)間而發(fā)展，產(chǎn)生不可逆流動(dòng)木材作為生物材料冋時(shí)具有彈性和粘性兩種不冋機(jī)理的變形，和體現(xiàn)彈性固體和流體的綜合特性，木材的這種性質(zhì)稱為粘彈性木材 的蠕 變曲 線P164彈性變形木材承載時(shí)，產(chǎn)生與加荷速度相適應(yīng)的變形粘彈性變形加荷過程終止，木材立即產(chǎn)生隨時(shí)間遞減的彈性 變形（彈性后效變形）；因纖維素分子鏈的卷曲 或伸展造成的塑性變形纖維素分子鏈因荷載而彼此滑動(dòng)，變形不可逆

6、to施加應(yīng)力0A于木材，應(yīng)力不變，隨時(shí)間的延伸變形緩 慢增加，產(chǎn)生蠕變 ABtl時(shí)解除應(yīng)力，產(chǎn)生彈性恢復(fù) BO （=0A）t2時(shí)又出現(xiàn)部分蠕變恢復(fù)（釋荷后隨時(shí)間推移而遞減的彈 性變形），C1到D是彈性后效變形 C1C2t2以后變形恢復(fù)不大，為殘留的永久變形（塑性變形）DE應(yīng)力 松弛使木材產(chǎn)生一定的變形，且在時(shí)間推移中維持此狀態(tài)，就必須使產(chǎn)生此變形的應(yīng) 力隨時(shí)間而逐漸減小，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。單位應(yīng)變的松弛應(yīng)力稱松弛彈性模量長期 何載 的影 響木材的應(yīng)力小于一定的極限時(shí)，木材不會(huì)由于長期受力而發(fā)生破壞，這個(gè)應(yīng)力 極限稱為木材的持久強(qiáng)度P167應(yīng)力不釋放蠕變曲線AB試件加載后的瞬間變形，彈性變形

7、階段BC下彎曲線，不穩(wěn)定蠕變階段CD直線區(qū)域，蠕變速度為常量，是穩(wěn)定蠕變階段D開始蠕變速度增加直至斷裂，蠕變加速階段木材塑性P167固體應(yīng)力應(yīng)變曲線當(dāng)施加于木材上的應(yīng)力在彈性限度以內(nèi)時(shí)，去除應(yīng)力以后 變形回復(fù)原尺寸；超過彈性限度，在較大應(yīng)力點(diǎn)C時(shí)，除去外力，殘留永久變形，這一性質(zhì)稱為塑形塑性變形產(chǎn)生于屈服點(diǎn)以上，超過屈服點(diǎn)的應(yīng)力，以一定 的變形速度進(jìn)行穩(wěn)定流動(dòng)的狀態(tài)稱塑性流動(dòng)木材細(xì)胞壁的構(gòu)造是以纖維素所構(gòu)成的微纖絲為骨架，處于木素和半纖維素組成 的基體中，具有非常好的抗變形能力，因而在順紋拉伸斷裂時(shí)幾乎不顯塑形。當(dāng)給與基體物質(zhì)可塑性時(shí)，微纖絲易變形，木材塑性提咼。微波加熱處理木材， 基體物質(zhì)塑

8、化，變形增加，并在壓縮側(cè)不出現(xiàn)微細(xì)組織的破壞，產(chǎn)生連續(xù)而平滑的 顯著變形，保證彎曲質(zhì)量。木材熱塑性通過加熱，木材基體物質(zhì)軟化，增加木材塑性，此性質(zhì)稱為熱塑性木材力學(xué)-胞壁的實(shí)際應(yīng)力與化學(xué)組分作用胞壁的實(shí)際應(yīng)力極限強(qiáng)度b =P /表觀面積A實(shí)質(zhì)率倒數(shù)C =實(shí)質(zhì)密度p a /全干密度 p o實(shí)際應(yīng)力b o = C * b化學(xué)組分 作用木材 破壞 的原 因骨架纖維素：木材彈性和強(qiáng)度硬固木素：木材硬度和剛性填充半纖維素：木材剪切強(qiáng)度纖維素鏈狀分子大多沿胞壁長軸平行排列，橫向以氫鍵結(jié)合構(gòu)成微纖 絲，微纖絲間除借助側(cè)面氫鍵結(jié)合，局部尚以果膠質(zhì)膠著，胞壁間以胞 間質(zhì)膠著。因此木材橫向強(qiáng)度遠(yuǎn)低于縱向自身的連接

9、強(qiáng)度，從胞壁結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)物質(zhì)的性質(zhì)來看，木材被破壞的原因是微纖絲和填充物的撕裂 或剪切，或者纖維素被壓潰造成木材力學(xué)性質(zhì)影響因素水分木材強(qiáng)度隨著吸著水增加而下降，纖維飽和點(diǎn)時(shí)，強(qiáng)度最低。含水率高于纖維 飽和點(diǎn)時(shí)，自由水含量增加，強(qiáng)度值不再改變。原因：木材吸附水存在于細(xì)胞壁中的微纖絲之間 ，起著潤滑作用，允許微纖絲之間有 一定的滑移或相對位移。若水分散失了 ，微纖絲之間緊密靠攏，吸引力增大，對滑動(dòng)位 移有很強(qiáng)的摩擦阻力密度木材的強(qiáng)度與密度之比稱為木材的品質(zhì)系數(shù)，是木材品質(zhì)優(yōu)劣的標(biāo)志之一。 通常強(qiáng)度與密度成正相關(guān)。應(yīng)力木的強(qiáng)度與密度的關(guān)系不成正相關(guān)。溫度正溫度的變化導(dǎo)致木材含水率及其分布產(chǎn)生變化，由此造成內(nèi)應(yīng)力和干