不同樹種的木材物理力學性能

1、不同樹種的木材物理力學性能不同樹種的木材物理力學性能包括：彈性、塑性、蠕變、抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、沖擊韌性、抗劈力、抗扭強度、硬度和耐磨性等。樹木是木材的原體，是由它本身生命生存與繁衍的整個生長過程，積累了成為不同木材的物質(zhì)，直到生命自然終結，或被認為終結生命，而成為被利用的材料。樹木是木質(zhì)多年生植物，通常把它分為喬木和灌木兩種。喬木是 1.31.3 米以上，只有一個直立主干的樹木；灌木是直立的、具有叢生莖的樹木。我國現(xiàn)有木本植物約 70007000 多種，屬喬木者約占 1/31/3 以上，但是作為工業(yè)用材而供應市場的只不過 10001000 種，常見的約 300300 種。

2、樹木是人類繁衍延續(xù)到今天的必要條件。它靠空氣、水和陽光存活，通過一系列化學反應，形成樹木肢體的物理變化，為人類營造由了天然的樂園。“碳”是形成木材物理力基礎。樹木在生長發(fā)育過程中，形成了高度發(fā)達的營養(yǎng)體。 水分及營養(yǎng)液等流體的輸運現(xiàn)象始終伴隨著樹木營養(yǎng)生長的生理過程。樹木由樹梢沿主軸向上生長（高生長），也在土壤深處向下生長（根生長），中間的樹干部分沿著徑向生長。前一年形成的樹干部分到了次年不會再進行高生長。樹木從天上接受陽光的沐浴，到地下去尋覓水分，把原料從樹根輸送到葉片。由葉子制造養(yǎng)分，將養(yǎng)分向下輸送，供給樹木生長需要。這樣， 樹木生長過程中， 形成了非常協(xié)調(diào)完備的水分及養(yǎng)分的輸送系統(tǒng)。一株

3、紅杉（美）樹高達 112112 米，一株杏仁枝（奧）樹竟高達 15156 6米，一株銀杏（中）樹齡達 30003000 年，一株世界爺（美）樹齡竟達 7807800 0年。那么對于如此高大、如此年久的樹木，體內(nèi)各種物質(zhì)（水、礦物質(zhì)、可溶性碳水化合物和激素等等）是它的最外層是樹皮（外皮），樹皮里邊一層是韌皮部（也叫內(nèi)皮），經(jīng)它將營養(yǎng)液由葉部輸送到樹木的其他部分（包括根在內(nèi)）。再向內(nèi)一層是形成層，它的細胞不斷分裂，使樹木沿徑向生長而不斷加粗。再往里是邊材和心材，即木質(zhì)部，木質(zhì)部中被叫做導管的細胞組織，它將樹液輸送到莖和葉部。這個過程，就是水分將土壤中的碳分子和空氣中的碳分子，經(jīng)過化學反應形成積累。

4、壓力流動模型實驗證明，樹木營養(yǎng)液的流動動力是流體靜壓力。即凈生產(chǎn)細胞（如一片成熟葉）由于光合作用制造大量糖而保持較高的溶質(zhì)濃度，水便通過滲透作用不斷進入凈生產(chǎn)細胞，使胞內(nèi)的流體靜壓力增加，迫使營養(yǎng)液經(jīng)過胞間連絲進入韌皮部。而凈消費細胞（可以是一個根細胞、一個有代謝作用的細胞，或一個果實細胞）由于呼吸、生長和儲藏保持著較低的溶質(zhì)濃度，胞內(nèi)流體靜壓力較低。這樣，營養(yǎng)液便沿壓力梯度向下運輸?shù)礁俊ｍg度部轉(zhuǎn)移營養(yǎng)液的最高速度在闊葉樹中是 0.0.4 40.0.7 7 米/小時， 在針葉樹中是 0.0.18180.0.2 2 米/小時。對于一株 3030 米高的松樹和楊樹，營養(yǎng)液由樹冠輸送到樹根的最短時

5、間分別為 7 7 天和 1.1.8 8 天，而對于 112112 米的紅杉來說約需 2020 多天的時間。樹木所需的水分幾乎全部由根系（吸水器官）吸取，并沿木質(zhì)部（從根部到葉部）向上長距離移動。那么，水分是靠什么動力來提升的呢？研究結果表明，動力有兩種：一種是根壓，另一種是蒸騰拉力。這兩種力，在積累過程中，轉(zhuǎn)化成木材的力。木材力學是涉及木材在外力作用下的機械性質(zhì)或力學性質(zhì)的科學，它是木材學的一個重要組成部分。木材力學性質(zhì)是度量木材抵抗外力的能力，研究木材應力與變形有關的性質(zhì)及影響因素。木材作為一種非均質(zhì)的、各向異性的天然高分子材料，許多性質(zhì)都有別于其它材料， 而其力學性質(zhì)和更是與其它均質(zhì)材料有

6、著明顯的差異。例如，木材所有力學性質(zhì)指標參數(shù)因其含水率（纖維飽和點以下）的變化而產(chǎn)生很大程度的改變；木材會表現(xiàn)由介于彈性體和非彈性體之間的黏彈性，會發(fā)生蠕變現(xiàn)象，并且其力學性質(zhì)還會受荷載時間和環(huán)境條件的影響。木材力學性質(zhì)包括應力與應變、彈性、黏彈性（塑性、蠕變）、強度（抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、扭曲強度、沖擊韌性等）、硬度、抗劈力以及耐磨耗性等。1 1 .木材受到外壓力時，能抵抗外力壓縮變形破壞的能力，稱為抗壓強度.當外部的壓力與木材纖維方向平行時的抗壓強度被稱為順紋抗壓強度.木材順紋抗壓強度是指木材沿紋理方向承受壓力荷載的最大能力， 主要用于誘導結構材和建筑材的樺接合類似用途的

7、容許工作應力計算和柱材的選擇等，如木結構支柱、礦柱和家具中的腿構件所承受的壓力。2 2 .木材的順紋抗拉強度，是指木材沿紋理方向承受拉力荷載的最大能力。 木材的順紋抗拉強度較大， 各種木材平均約為117.7-147.1MPa,117.7-147.1MPa,為順紋抗壓強度的 2-32-3 倍。木材在使用中很少由現(xiàn)因被拉斷而破壞。木材順紋拉伸破壞主要是縱向撕裂粗微纖絲和微纖絲間的剪切。微纖絲縱向的 C-CC-C、C-OC-O鍵結合非常牢固， 所以順拉破壞時的變形很小， 通常應變值小于 1%3%,1%3%,而強度值卻很高。3 3 .木材密度是決定木材強度和剛度的物質(zhì)基礎，是判斷木材強度的最佳指標。密

8、度增大，木材強度和剛性增高；密度增大，木材的彈性模量呈線性增高；密度增大，木材韌性也成比例地增長。在通常的情況下，除去木材內(nèi)含物，如樹脂、樹膠等，密度大的木材，具強度高，木材強度與木材密度二者存在著下列指數(shù)關系方程：。 =Kpn,Kpn,式中： 。 木材強度；P木材密度；K K 和 n n常數(shù)，隨強度的性質(zhì)而不同。4 4 .木材抗彎強度是指木材承受逐漸施加彎曲荷載的最大能力，可以用曲率半徑的大小來度量。它與樹種、樹齡、部位、含水率和溫度等有關。木材抗彎強度亦稱靜曲強度，或彎曲強度，是重要的木材力學性質(zhì)之一，主要用于家具中各種柜體的橫梁、建筑物的桁架、地板和橋梁等易于彎曲構件的設計。靜力荷載下，

9、木材彎曲特性主要決定于順紋抗拉和順紋抗壓強度之間的差異。因為木材承受靜力抗彎荷載時，常常因為壓縮而破壞，并因拉伸而產(chǎn)生明顯的損傷。對于抗彎強度來說，控制著木材抗彎比例極限的是順紋抗壓比例極限時的應力， 而不是順紋抗拉比例極限時應力。5 5 .木材抵抗剪切應力的最大能力，稱為抗剪強度。木材抗剪強度視外力作用于木材紋理的方向，分為順紋抗剪強度和橫紋抗剪強度。在實際應用中發(fā)生橫紋剪切的現(xiàn)象不僅罕見， 而且橫紋剪切總是要橫向壓壞纖維產(chǎn)生拉伸作用而并非單純的橫紋剪切， 因此通常不作為材性指標進行測定。木材的橫紋抗剪強度為順紋抗剪強度的 3-43-4 倍。木材的順紋抗剪強度視木材受剪面的不同， 分為弦面抗

10、剪強度和徑面抗剪強度， 如圖。剪切面平行于年輪的弦面剪切，其破壞常由現(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，面上帶有細絲狀木毛。剪切面垂直于年輪的徑面，剪切破壞時，其表面較為粗糙，不均勻而無明顯木毛。在擴大鏡下，早材的一些星散區(qū)域上帶有細木毛常用木材物理力學性能物理力學指標分級標準表 1 物理力學指標分級標準分級基 本密度/(g/cm3)氣干密團(g g的3)3)十縮度/%（生材一氣十）順 紋抗壓強度/MPa抗彎強度/MPa抗彎彈 性模量/GPa順紋抗剪強度/MPa端面硬度/N徑向弦向生材全干也T干生材日干)干I0.30.353.02.05.03.02.954.07.

11、46.03.59.56.073.0142.016.315.110000表 2 國內(nèi)常用樹種物理力學性能樹種試驗時含水率/%氣干密度/(g/cm3)干縮率/%（生材一氣干）順紋抗壓強度/MPa抗彎強度/MPa抗彎彈性模量/GPa順紋抗剪強度/MPa端面硬度/N徑向弦向福建柏15.0IIIIIIIIIIIIIIII銀杏15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII冷杉15.0IIIIIVIIIIIIIII杉松冷杉15.0IIIIIIIIIIIIII八南油松15.0II,IIIIIIII,IVII,IIIII,IIIIIIIIII落葉松15.0III,IVVIIIIIIIVIIIII四川紅杉15.0

12、IIIIIIVIIIIIIIIIII云杉15.0I,IIIIIIII,III,III,IIII濕地松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII紅松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII廠東松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII馬尾松15.0II,IIIII,IIIIVIIIIIIIIIII,III樟子松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII小南松15.0IIIIVIVII,IIIII,IIIIIII,III鐵杉15.0IIIIIIIIIII,IIIIIIIIII1陸均松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIIIVIII雞毛松15.0IIIIIIIIIIIIIIIVII

13、I杉木15.0IIIIIIIIIIIIIIII消極和15.0IIIIIIIIII械木15.0III,IVIIIIII,IVIII,IVIV,V刺楸15.0II,IIII,IIII,IIIII,IIIII,III南木江柏15.0IIIIIIIIIII光皮樺15.0IIIII,IIIIII,IVIII,IVIII,IV樹種試驗時含水率/%氣干密度/(g/cm3)干縮率/%（生材一氣干）順紋抗壓 強 度/MPa抗彎強度/MPa抗彎彈性模量/GPa順紋抗剪強度/MPa端面硬度/N徑向弦向白樺15.0IIIII,IIIII,IIIII,IIIII,III秋楓15.0IIIII,IIIII,IIIII,I

14、IIIV青岡15.0IVIII,IVIVVIV,V水青岡15.0IVIIIIIIIVIII麻棟15.0IVIII,IVIII,IVIII-VIV白棟15.0IVIIIIII,IVIVV柞木15.0III,IVII,IIIIII,IVIII,IVIV楓香15.0IIIII,IIIII.IIIII,IIIIII山核桃15.0III,IVIIIIII,IVIII-IVIV核桃15.0II,IIIII,IIIII,IIIIIIII楓楊15.0IIIIIIII香樟15.0II,IIIIIIIIIII鐵刀15.0IIIIIIIIIIIIIV黃檀15.0IVIVIV,VIV,VV槐樹15.0III,IVII

15、,IIIII,IIIII,IIIIII,IV鵝掌楸15.0II,IIIIIIIIIIIII苦楝15.0II,IIIIIII,IIIIIII,III水曲柳15.0IIIIIIIIIIII,IVIII小葉楊15.0III,III,III,IIII山楊15.0III,II1I,IIIIII,II擬赤楊15.0III,IIIIIIII何木15.0IIIIIIIIIIIIIII15.0VIV,VVVV7樹種試驗時含水率/%氣干密度/(g/cm3)干縮率/%（生材一氣干）順 紋 抗壓 強 度/MPa抗彎強度/MPa抗彎彈性模量/GPa順紋抗剪強度/MPa端面硬度/N徑向弦向紫搬15.0IIIII,III,

16、III青檀15.0IVIVIVIIIIV白榆15.0IIIIIIIII,IIIIII棒樹15.0IVIIIIVIIIIV2印尼漆15.0IIII(II)IIIIIIII人面子15.0IIIIIIIIII,IIIIIIIII,IVII,III芒果15.0IIII,IIIII,IIIIII,IVIII,IVIV竹桃15.0IIIIIIIIII榴蓮15.0IIIIIIIIIII,IIIII,IIIII,IIII-IVIII異翅香15.0IIIIIIIII,IIIII,IIIIIII,IIIIII杯裂香15.0IV,VIII,IVIVVII,IVIV雙翅龍腦香15.0III,IVIII,VIII,VI

17、II,IVIIIIV,VI,IIIIII,IV龍腦香15.0IVIIIIIIVIVVIII,VIV彳 曬 坡壘15.0VIIII,IIIIII,IVIIIVIV,V漸尖葉坡壘15.0III,IVIII,IVIII,IVIII-VIV深紅婆羅雙15.0II,IIIIIIII,IIIII,IIIIIIIIIII淺紅婆羅雙15.0IIIIIIIIIIIIII,IIII黃婆羅雙15.0IIIIIIIIIIIIIII,IIIII白婆羅雙15.0II,IIIIIIIII,IIIIIII,IVII,IIIIII樹種試驗時含水率/%氣干密度/(g/cm3)十縮率/%（生材一氣干）順紋抗壓強度/MPa抗彎強度/

18、MPa抗彎彈性模量/GPa順紋抗剪強度/MPa端面硬度/N徑向弦向斑翳雙15.0VIIIIVVVVV吉索婆羅雙15.0IVIIIIVVVVIV青梅15.0IVIIII,IIIIVIVVIV石棟15.0IVIIIIIIIVVIV海棠木15.0IIIVIVII,IIIIIIII,IIIIVIV鐵力木15.0VVVVVV坤 甸 鐵木15.0VIVIV,VVIII,VIV濕地木姜子15.0IVIVIVIVIVIVI,III鐵刀木15.0III,IVIIIIII,IVIIIIV黑黃檀15.0IV,VIVIV,VIIIV寬 葉 黃檀15.0IVIIIIVIVIVIIIIV花黃檀15.0VVV格木15.0I

19、V,VVIV,V伯 利 印茄15.0IVIIIIIIIIIVIV巴豆15.0IVIIIIVIVVVIV馬 來 甘巴豆15.0IVIIIIIVIVVIVIV印 度 紫檀15.0IIIIIIIIIIIIIVIII3大 花 米仔15.0IIIIVIVIIIII,IIIIVII樹種試驗時含水率/%氣干密度/(g/cm3)十縮率/%（生材一氣干）順紋 抗壓 強 度/MPa抗彎強度/MPa抗彎彈性 模 量/GPa順紋抗剪強度/MPa端面硬度/N徑向弦向肉豆蔻15.0II,IIIIIIIIIIIIIIIIIII羽葉眼15.0IIIIVIIIIIIIVIV子京木15.0VIIIIVVVVV硬搬15.0III,IVIIIIIIII,IVIII,IVIII-VIII-VIII,V15.0II,IIIII,IIIIIIIIIIII柚木15.0II,IIIIIIIII,IIIIIIIIIIIIIII南 美 蟻木15.0VVIVVVV輕木15.0IIIIIIII巴 西 黑檀15.0IVIVIVIII奧克欖15.0IIII