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) 應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力與應(yīng)變 彈性與木材的正交異向彈性彈性與木材的正交異向彈性 木材的黏彈性木材的黏彈性 木材的強度、韌性與破壞木材的強度、韌性與破壞 木材的主要力學(xué)性能指標木材的主要力學(xué)性能指標 影響木材力學(xué)性質(zhì)的主要因素影響木材力學(xué)性質(zhì)的主要因素 木材的容許應(yīng)力木材的容許應(yīng)力 1、應(yīng)力、應(yīng)力( ) ：物體在受到：物體在受到外力作用時，物體自身產(chǎn)生外力作用時，物體自身產(chǎn)生的抵抗外力而保持平衡的力。的抵抗外力而保持平衡的力。2、應(yīng)變、應(yīng)變( ) ：外力作用下，：外力作用下，物體單位長度上的尺寸或形物體單位長度上的尺寸或形狀的變化稱為應(yīng)變。狀的變化稱為應(yīng)變。順

2、紋理加壓與順紋理剪切順紋理加壓與順紋理剪切l(wèi) 壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力：壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力：l 剪應(yīng)力：剪應(yīng)力：木材的應(yīng)力應(yīng)變圖（應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系）木材的應(yīng)力應(yīng)變圖（應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系） 應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變曲線：表示應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系曲線。應(yīng)變曲線：表示應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系曲線。 比例極限和彈性極限：比例極限和彈性極限：永久變形永久變形： 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： 應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線 比例極限應(yīng)力：直線部分的上端點比例極限應(yīng)力：直線部分的上端點P對應(yīng)的應(yīng)力。對應(yīng)的應(yīng)力。 比例極限應(yīng)變：直線部分的上端點比例極限應(yīng)變：直線部分的上端點P對應(yīng)的應(yīng)變。對應(yīng)的應(yīng)變。 彈性極限彈性極

3、限:直線部分的上端點直線部分的上端點E. 塑性變形（永久變形）：應(yīng)力超過彈性限度，這時如果除塑性變形（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。去應(yīng)力，應(yīng)變不會完全回復(fù)，其中一部分會永久殘留。 應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線破壞應(yīng)力、極限強度：應(yīng)力在破壞應(yīng)力、極限強度：應(yīng)力在M點達到最大值，物體點達到最大值，物體 產(chǎn)生破壞產(chǎn)生破壞(M)。破壞應(yīng)變：破壞應(yīng)變：M點對應(yīng)的應(yīng)變點對應(yīng)的應(yīng)變( M ) 。 應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力 當應(yīng)力值超過彈性限度值并保持基本上一定，而應(yīng)變當應(yīng)力值超過彈性限度值并保持基本上一定，而應(yīng)變急劇增大，這種現(xiàn)象叫屈服

4、，而應(yīng)變突然轉(zhuǎn)為急劇增大的急劇增大，這種現(xiàn)象叫屈服，而應(yīng)變突然轉(zhuǎn)為急劇增大的轉(zhuǎn)變點處的應(yīng)力叫屈服應(yīng)力轉(zhuǎn)變點處的應(yīng)力叫屈服應(yīng)力(Y)。木材應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系木材應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系 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料黏彈性材料。在較小應(yīng)力和較短時間的條件下，木材的黏彈性材料。在較小應(yīng)力和較短時間的條件下，木材的性能十分接近于彈性材料；反之，則近似于黏彈性材料。性能十分接近于彈性材料；反之，則近似于黏彈性材料。一、彈性與塑性一、彈性與塑性 彈性彈性指木材在外力作用下發(fā)生變形，撤除指木材在外力作用下發(fā)生變形，撤除外力后變形完全恢復(fù)的性質(zhì)。外力后

5、變形完全恢復(fù)的性質(zhì)。塑性塑性：指木材在外力作用下發(fā)生變形，撤：指木材在外力作用下發(fā)生變形，撤除外力后產(chǎn)生永久殘留變形的性質(zhì)。除外力后產(chǎn)生永久殘留變形的性質(zhì)。第二節(jié)第二節(jié) 彈性與木材的正交異向彈性彈性與木材的正交異向彈性彈性常數(shù)1、彈性模量和柔量、彈性模量和柔量彈性模量（彈性模量（ 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，E=應(yīng)力應(yīng)力/應(yīng)變。應(yīng)變。 E 這里比例常數(shù)這里比例常數(shù)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Mpa。 它表征材料抵抗變形能力的大小。物體的彈性模量值愈它表征材料抵

6、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，材料的強度也愈大。大，在外力作用下愈不易變形，材料的強度也愈大。彈性模量的倒數(shù)稱為彈性模量的倒數(shù)稱為柔量柔量。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。變形的難易程度。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）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

7、垂直于主軸方向的橫向應(yīng)變，將橫向應(yīng)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（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 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正交異向彈性正交異向彈性 木材木材為。彈性的正交異性為正交異向彈性。 1、木材的正交對稱性、木材的正交對稱性 RT、LR、LT 分別對應(yīng)橫切分別對應(yīng)橫切面、徑切面和弦切面。面、徑切面和弦切面。 木材正交對稱性木

8、材正交對稱性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個獨立的彈性常數(shù)來反映木材的正交個獨立的彈性常數(shù)來反映木材的正交異向性，這些常數(shù)是：異向性，這些常數(shù)是：3個彈性模量、個彈性模量、3個剪切彈個剪切彈性模量和性模量和3個泊松比。個泊松比。不同樹種間的這不同樹種間的這9個常數(shù)值個常數(shù)值是存在差異。是存在差異。材料密度g/cm3含水率%ELMPaERMPaETMPaGLTMPaGLRMPaGTRMPaRTLRLT針葉樹材 云杉0.3901211583896496690758390.430.370.47 松木0.550101627211035736761172660.680

9、.420.51 花旗松0.59091640013009009101180790.630.430.37闊葉樹材 輕木0.20096274296103200310330.660.230.49 核桃木0.590111123911726216908962280.720.490.63 白蠟?zāi)?.670915790151682789613102690.710.460.51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)木材是高度各向異性材料，木材三個主方向的彈性模量即木材是高度各向異性材料，木材三個主方向的彈性模量即ELER

10、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 GLRGLTGRT 橫切面最小橫切面最小,針葉樹材三者之比為針葉樹材三者之比為20.5 :17:1,闊闊葉樹材三者之比為葉樹材三者之比為4.3 : 3.2 : 1.木材的木材的泊松比比其它材料大，變異規(guī)律為泊松比比其它材料大，變異規(guī)律為RL LTLR.。第三節(jié)第三節(jié) 木材的粘彈性木材的粘彈性l 流變學(xué)：流變學(xué)：討論應(yīng)力討論應(yīng)力-應(yīng)變之間材料荷載后的彈性和黏應(yīng)變之間材料荷載后的彈性和黏性的科學(xué)。性的科學(xué)。

11、(討論材料荷載后關(guān)系討論材料荷載后關(guān)系隨時間變化隨時間變化的規(guī)律的規(guī)律)l 蠕變和松弛：蠕變和松弛：是黏彈性的主要內(nèi)容。木材的黏彈性同是黏彈性的主要內(nèi)容。木材的黏彈性同樣依賴于溫度、負荷時間、加荷速率和應(yīng)變幅值等條件，樣依賴于溫度、負荷時間、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。其中溫度和時間的影響尤為明顯。一一. 木材的蠕木材的蠕變變1. 概念概念(creep)：指在一定的溫度和較小的恒定外指在一定的溫度和較小的恒定外力作用下力作用下(應(yīng)力不變應(yīng)力不變), 材料的形變隨時間的增加而逐漸材料的形變隨時間的增加而逐漸增大的現(xiàn)象增大的現(xiàn)象.2、木材的典型、木材的典型蠕變曲線蠕變曲

12、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 緩慢回復(fù)緩慢回復(fù) 故蠕變故蠕變AB包括兩個組分：包括兩個組分： 彈性的組分彈性的組分C1C2彈性后效變形彈性后效變形 剩余永久變形剩余永久變形C2C3=DE塑性變形塑性變形 木材蠕變曲線變化表現(xiàn)的正是木材的黏彈性質(zhì)。木材蠕變曲線變化表現(xiàn)的正是木材的黏彈性質(zhì)。木材的蠕變曲線木材的蠕變曲線O3 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）對木材施載產(chǎn)生瞬時變形

13、后，變形有一隨時間推移而增大的蠕變過程；增大的蠕變過程；（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）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；的瞬時變形；（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）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；過程中的是可恢復(fù)蠕變部分；（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）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，即蠕變的不可恢復(fù)部分；形為永久變形，即蠕變的不可恢復(fù)部分；（5 5）蠕變變形值等于可恢復(fù)蠕變變形值和不可恢復(fù)蠕變變）蠕變變形值等于可恢復(fù)蠕變變

14、形值和不可恢復(fù)蠕變變形值之和。形值之和。4 、 單向應(yīng)力循環(huán)加載時的蠕變特點單向應(yīng)力循環(huán)加載時的蠕變特點 以一個方向的應(yīng)力循環(huán)作用于木材，每個應(yīng)力加以一個方向的應(yīng)力循環(huán)作用于木材，每個應(yīng)力加載載卸載周期都會殘留一個變形，在熱力學(xué)上，曲線卸載周期都會殘留一個變形，在熱力學(xué)上，曲線所包圍的面積相當于各周期中能量的消耗。所包圍的面積相當于各周期中能量的消耗。 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5、 蠕變的消除蠕變的消除 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，卸載產(chǎn)生曲線載產(chǎn)生曲線AB，殘留了永久變形，殘留了

15、永久變形OB 。為了使永久變形消失而。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)力應(yīng)力OC ，而形成這段曲線，而形成這段曲線BC 。OCBCCD DE EO 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 建筑木構(gòu)件的蠕變問題建筑木構(gòu)件的蠕變問題

16、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：指在恒定溫度和形變保持不變的情況下持不變的情況下,木材內(nèi)部的應(yīng)力隨時間延長而逐木材內(nèi)部的應(yīng)力隨時間延長而逐漸衰減的現(xiàn)象。漸衰減的現(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。 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)

17、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)) )三三. 木材的長期荷載：木材的長期荷載：1. 長期強度長期強度(或持久強度或持久強度)：如果木材的應(yīng)力小于一定極限如果木材的應(yīng)力小于一定極限時時,木材不會由于長期受力而發(fā)生破壞木材不會由于長期受力而發(fā)生破壞,這個應(yīng)力極限稱為木材這個應(yīng)力極限稱為木材的持久強度的持久強度,一般只有瞬間強度的

18、一般只有瞬間強度的0.50.7。四、木材的塑性四、木材的塑性 設(shè)計木材作為承重構(gòu)件設(shè)計木材作為承重構(gòu)件,應(yīng)力或荷載重應(yīng)控制在彈性應(yīng)力或荷載重應(yīng)控制在彈性極限或蠕變極限范圍之內(nèi)。極限或蠕變極限范圍之內(nèi)。1 、 塑性與塑性變形塑性與塑性變形 塑性變形塑性變形:當施加于木材的應(yīng)力超過木材的彈性限度時，當施加于木材的應(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前不能恢復(fù)的變形，去除外力后，木材仍會殘留一個當前不能恢復(fù)的變形，將這個變形稱為塑性變形。將這個變形稱為塑性變形。 塑性塑性: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

19、由于在應(yīng)力作用下，高分子結(jié)構(gòu)的變高分子結(jié)構(gòu)的變形及相互間相對移動形及相互間相對移動的結(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。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十分顯著。的影響十分顯著。 含水率含水率:隨隨W 而增大。而增大。 溫溫 度度:隨隨T 而加大，這種性質(zhì)往往被稱為熱塑性。而加大，這種性質(zhì)往往被稱為熱塑性。 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)則干縮所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力干燥時，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)生可以抵消一會破壞其組織的內(nèi)聚力，而塑

20、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。 第四節(jié)第四節(jié) 木材的強度、韌性與破壞木材的強度、韌性與破壞 一、一、 木材的強度木材的強度 強度是指強度是指材料抵抗外部機械力破壞的能力材料抵抗外部機械力破壞的能力，表示，表示單位截面積上材料的最大承載能力。單位截面積上材料的最大承載能力。 木材是各向異性的高分子材料，根據(jù)所施加應(yīng)力的方木材是各向異性的高分子材料，根據(jù)所施加應(yīng)力的方式和方向的不同，木材具有順紋抗拉強度、順紋抗壓強度、式和方向的不同，木材具有順紋抗拉強度、順紋抗壓強度、橫紋抗壓強度、抗彎強度等多項力學(xué)強度指標參數(shù)。橫紋抗壓強度、抗彎強度等多項力學(xué)強度指標參數(shù)。 抗拉強度抗拉

21、強度 抗壓強度抗壓強度 抗彎強度抗彎強度二二. 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， 或抵抗或抵抗超過比例極限的短期載荷的能力。超過比例極限的短期載荷的能力。 韌性材料往往是強度大的材料，但也有不符韌性材料往往是強度大的材料，但也有不符合這個關(guān)系的合這個關(guān)系的。 三、三、 木材的破壞木材的破壞 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、錯位，而使木材宏環(huán)境作用下發(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)性能的觀整體完全喪失或部分喪失原有物理

22、力學(xué)性能的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 2、 木材破壞的原因木材破壞的原因 纖維素賦予木材彈性和強度；纖維素賦予木材彈性和強度； 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，它賦予木材剪切強度。半纖維素起填充作用，它賦予木材剪切強度。 從細胞壁結(jié)構(gòu)和細胞壁結(jié)構(gòu)物質(zhì)的性質(zhì)來從細胞壁結(jié)構(gòu)和細胞壁結(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，或纖維素骨架的填充物的架的填充物的撕裂，或纖維素骨架的填充物的剪切，或纖維被壓潰所引起。任何條件對木材剪切，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)的類型

23、破壞的決定性作用都取決于應(yīng)力狀態(tài)的類型。 四、單軸應(yīng)力下木材的變形與破壞特點四、單軸應(yīng)力下木材的變形與破壞特點1、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)面的細線順紋壓縮破壞的宏觀征狀：最初現(xiàn)象是橫跨側(cè)面的細線條，隨著作用力加大，變形隨之增加，材面上開始出現(xiàn)皺條，隨著作用力加大，變形隨之增加，材面上開始出現(xiàn)皺褶。褶。 破壞形狀和破壞部位常取決于木材含水率和硬度等因破壞形狀和破壞部位常取決于木材含水率和硬度等因素。素。濕材和軟材濕材和軟材以端部壓潰破壞最為常見，破壞出現(xiàn)在應(yīng)以端部壓潰破壞最為常見，破壞出現(xiàn)在應(yīng)力集中的地方力集中的地方。干的木材干的木材通常產(chǎn)生劈裂而破壞，這是由

24、于通常產(chǎn)生劈裂而破壞，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。的分離。 2、橫紋壓縮、橫紋壓縮 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?？s。 木材進行壓縮時，應(yīng)力木材進行壓縮時，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： 常規(guī)型是散孔材橫壓時的特征，為不具平臺的連續(xù)曲線。常規(guī)型是散孔材橫壓時的特征，為不具平臺的連續(xù)曲線。 三段型是針葉樹材和闊葉樹材三段型是針葉樹材和闊葉樹材 環(huán)孔材徑向受壓時的特征曲線環(huán)孔材徑向受壓時的特征曲線:橫紋壓縮應(yīng)

25、力橫紋壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線OA-早材的彈性曲線早材的彈性曲線AB-早材壓損過程曲線早材壓損過程曲線BC-晚材彈性曲線晚材彈性曲線而當弦向壓縮時不出現(xiàn)而當弦向壓縮時不出現(xiàn)3段式曲線段式曲線3、順紋拉伸、順紋拉伸 木材順紋拉伸破壞主要是縱向撕裂和微纖絲之間的剪木材順紋拉伸破壞主要是縱向撕裂和微纖絲之間的剪切。切。微纖絲縱向結(jié)合非常牢固，所以順紋拉伸時的變形不微纖絲縱向結(jié)合非常牢固，所以順紋拉伸時的變形不大，通常應(yīng)變值小于大，通常應(yīng)變值小于1%3%，強度值卻很高。即使在這，強度值卻很高。即使在這種情況下，微纖絲本身的拉伸強度也未能充分發(fā)揮，因為種情況下，微纖絲本身的拉伸強度也未能充分發(fā)揮，因為木

26、材的纖維會在微纖絲之間撕開。木材順紋剪切強度特別木材的纖維會在微纖絲之間撕開。木材順紋剪切強度特別低，通常只有順紋抗拉強度的低，通常只有順紋抗拉強度的6%10%。順紋拉伸時，。順紋拉伸時，微纖絲之間產(chǎn)生滑移使微纖絲撕裂破壞，其破壞斷面通常微纖絲之間產(chǎn)生滑移使微纖絲撕裂破壞，其破壞斷面通常呈鋸齒狀、細裂片狀或針狀撕裂。其斷面形狀的不規(guī)則程呈鋸齒狀、細裂片狀或針狀撕裂。其斷面形狀的不規(guī)則程度，取決于木材順拉強度和順剪強度之比值。一般健全材度，取決于木材順拉強度和順剪強度之比值。一般健全材該比值較大，破壞常在強度較弱的部位剪切開，破壞斷面該比值較大，破壞常在強度較弱的部位剪切開，破壞斷面不平整，呈鋸

27、齒狀木茬。不平整，呈鋸齒狀木茬。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。木材橫紋拉伸分徑向拉伸和弦向拉伸。 木材的橫紋拉伸強度很低，只有順紋拉伸強木材的橫紋拉伸強度很低，只有順紋拉伸強度的度的1/351/65。由此可知，木材在徑向和弦向拉。由此可知，木材在徑向和弦向拉伸時的強度差，取決于木材密度及射線的數(shù)量與伸時的強度差，取決于木材密度及射線的數(shù)量與結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 5、順紋剪切、順紋剪切 順紋剪切、橫紋剪切和切斷。木材使用中最順紋剪切、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面。常見的為順紋剪切，又分為弦切面和徑切面。 木材順紋剪切的破壞特點是木材纖維在

28、平行木材順紋剪切的破壞特點是木材纖維在平行于紋理的方向發(fā)生了相互滑移。弦切面的剪切破于紋理的方向發(fā)生了相互滑移。弦切面的剪切破壞（剪切面平行于生長輪）常出現(xiàn)于早材部分，壞（剪切面平行于生長輪）常出現(xiàn)于早材部分，在早材和晚材交界處滑移，破壞表面較光滑。徑在早材和晚材交界處滑移，破壞表面較光滑。徑切面剪切破壞（剪切面垂直于年輪），其表面較切面剪切破壞（剪切面垂直于年輪），其表面較粗糙。粗糙。 第五節(jié)第五節(jié) 木材主要力學(xué)性能指標木材主要力學(xué)性能指標 根據(jù)根據(jù)外力種類外力種類劃分有：壓縮強度（包括劃分有：壓縮強度（包括順紋抗壓強度，橫紋抗壓強度，局部抗壓強順紋抗壓強度，橫紋抗壓強度，局部抗壓強度）、拉

29、伸強度（包括順紋抗拉強度，橫紋度）、拉伸強度（包括順紋抗拉強度，橫紋抗拉強度）、抗彎強度、抗剪強度、扭曲強抗拉強度）、抗彎強度、抗剪強度、扭曲強度、沖擊韌性、硬度、抗劈力等。度、沖擊韌性、硬度、抗劈力等。 按荷載形式分：按荷載形式分：靜力荷載、沖擊荷載、振動荷靜力荷載、沖擊荷載、振動荷載、長期荷載；載、長期荷載；按作用力方式分：按作用力方式分：拉伸、壓縮、剪切、彎曲、拉伸、壓縮、剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn)及縱向彎曲；扭轉(zhuǎn)及縱向彎曲；按作用力方向分：按作用力方向分：順紋和橫紋（弦向、徑向）；順紋和橫紋（弦向、徑向）；按工藝要求分：按工藝要求分：抗劈力、握釘力、彎曲能力、抗劈力、握釘力、彎曲能力、耐磨性。耐

30、磨性。一、一、抗拉強度：抗拉強度：順紋與橫紋順紋與橫紋1. 順紋抗拉強度：順紋抗拉強度：數(shù)值范圍：數(shù)值范圍：120150MPa，高的可達，高的可達300MPa。是。是木材最大的強度。木材最大的強度。測定：試件制作與測定按國標測定：試件制作與測定按國標GB1938-1991木材木材順紋抗拉強度實驗方法順紋抗拉強度實驗方法破壞：試件中部局部消弱部分產(chǎn)生拉伸破壞。破壞：試件中部局部消弱部分產(chǎn)生拉伸破壞。 木材的各種力學(xué)強度有縱向和橫向之分，橫向有木材的各種力學(xué)強度有縱向和橫向之分，橫向有分為徑向和弦向。分為徑向和弦向。圖圖8-3 木材順紋抗拉強度測定試件木材順紋抗拉強度測定試件2. 橫紋抗拉強度橫紋

31、抗拉強度 木材抵抗垂直于紋木材抵抗垂直于紋理拉伸的最大應(yīng)力。理拉伸的最大應(yīng)力。分徑向和弦向的抗分徑向和弦向的抗拉強度：拉強度：木材的橫紋抗拉強木材的橫紋抗拉強度約為順紋抗拉強度約為順紋抗拉強度的度的1/65 1/10 。二、抗壓強度二、抗壓強度1. 順紋抗壓強度順紋抗壓強度概念：概念：力的方向平行于木力的方向平行于木材紋理，給試件全部加壓材紋理，給試件全部加壓面施加載荷時的強度。面施加載荷時的強度。 由于其強度變化較少，由于其強度變化較少，且易于測定，在研究與木且易于測定，在研究與木材強度有密切關(guān)系事項時，材強度有密切關(guān)系事項時，如含水率等與強度關(guān)系均如含水率等與強度關(guān)系均采用此項試驗。采用此

32、項試驗。 木材順紋抗壓木材順紋抗壓順紋抗壓測定試件斷面的徑、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。順壓強度可用下式計算：。順壓強度可用下式計算： 式中：式中：M M 為順壓強度（為順壓強度（MPaMPa）；）；maxmax為破壞荷載為破壞荷載（N N）；）；a a和和b b分別為斷面的徑、弦向尺寸（分別為斷面的徑、弦向尺寸（mmmm）。）。 我國木材順壓強度平均值約為我國木材順壓強度平均值約為45045010105 5PaPa，順，順壓比例極限與強度的比值約為壓比例極限與強度的比值約為 0.700.70，其中，針葉材，其中，針葉材為為0

33、.780.78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)構(gòu)較規(guī)則，硬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，因此比例極限最闊葉材中環(huán)孔材由于結(jié)構(gòu)不規(guī)則，因此比例極限最低。低。bamaxP2. 橫紋抗壓強度橫紋抗壓強度(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，局部受壓為局部受壓為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

34、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。又可以分為徑向又可以分為徑向和弦向受壓：和弦向受壓： 因橫紋壓力不可能測定破壞強度，故從繪制荷載變形曲線上確因橫紋壓力不可能測定破壞強度，故從繪制荷載變形曲線上確定比例極限荷載，分別以下式計算橫壓比例極限強度：定比例極限荷載，分別以下式計算橫壓比例極限強度： 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)，a a為加壓鋼塊寬度為加壓鋼塊寬度( (mm)mm)。LbPYb

35、aPp 木材橫壓比例極限強度，局部橫壓高于全部橫壓，木材橫壓比例極限強度，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。徑向與弦向橫前者應(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。具有寬木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、米櫧等），徑射線和木射線含量較高的樹種（櫟木、米櫧等），徑向橫壓強度高于弦向；其它闊葉樹（窄木射線），徑向橫壓強度高于弦向；其它闊葉樹（窄木射線），徑向與弦向值相近；對于針葉材，特別是早、晚材顯明向與弦向值相近；對于針葉材，特別是早、晚材顯明的如落葉松等樹種，則弦向大于徑向。當徑向受壓

36、時的如落葉松等樹種，則弦向大于徑向。當徑向受壓時主要是較松軟的早材部分易形成變形；而弦向受壓時主要是較松軟的早材部分易形成變形；而弦向受壓時試驗一開始即由晚材承載。試驗一開始即由晚材承載。橫紋抗壓（全部）橫紋抗壓（局部）三、木材的抗彎強度三、木材的抗彎強度圖圖8-6 木材的彎曲形式木材的彎曲形式 抗彎強度試件和彎曲模量試件尺寸均為2020300，后者為順紋尺寸。支座距均為240?？箯潖姸炔捎弥醒爰虞d，彎曲模量則采用離支座各三分之一處兩點荷載。兩者均僅作弦向彎曲。 抗彎強度M和彎曲模量M分別用下式計算： (MPa) (MPa)2hb2LmaxP3 式中：max為最大荷載（）；為支座間距離（mm）

37、；b為試樣寬度（mm）；h為試樣高度(mm)；f為上、下荷載間的變形值(mm)。 fhb108LP23E33木材抗彎強度值介于順拉與順壓強度之間，各樹種平均約900105Pa。徑向與弦向彎曲強度間的差異僅表現(xiàn)在針葉材上，弦向比徑向高出1012%。闊葉材兩方向上幾乎相等?？箯潖姸瓤煞治寮墸?05pa）：500以下,甚低；5 0 1 8 0 0 ， 低 ； 8 0 2 1 2 0 0 ， 中 ； 12011700，高；1700以上，甚高。彎曲模量也分五級（108Pa）：90以下，甚低；91120，低；121150，中；151190，高；190以上，甚高。四、沖擊韌性四、沖擊韌性1 1、沖擊韌性采用

38、沖擊彎曲的試驗形式，不測定破壞試件所需要的力，沖擊韌性采用沖擊彎曲的試驗形式，不測定破壞試件所需要的力，而是用破壞試件所消耗的功來表示。消耗的功愈大，木材韌性愈大，而是用破壞試件所消耗的功來表示。消耗的功愈大，木材韌性愈大，脆性愈小。試件尺寸為脆性愈小。試件尺寸為20202020300mm300mm，后者為順紋尺寸。沖擊韌性按，后者為順紋尺寸。沖擊韌性按下式計算：下式計算： ( (KJ/mKJ/m2 2 ) )式中：為試樣破壞時吸收能量式中：為試樣破壞時吸收能量(J)(J)；b b為試樣寬度為試樣寬度(mm)(mm)；h h為試樣高度為試樣高度( (mm)mm)。 早晚材區(qū)別明顯的樹種，其弦向

39、與徑向沖擊韌性有明顯的差別，早晚材區(qū)別明顯的樹種，其弦向與徑向沖擊韌性有明顯的差別，如落葉松徑向沖擊比弦向高如落葉松徑向沖擊比弦向高50%50%，云杉高，云杉高35%35%，水曲柳高，水曲柳高20%20%。早晚材區(qū)。早晚材區(qū)別不明顯的樹種，徑、弦向幾乎相同。闊葉材沖擊韌性比針葉材平均別不明顯的樹種，徑、弦向幾乎相同。闊葉材沖擊韌性比針葉材平均高高0.50.52 2倍。倍。沖擊韌性可分為五級（沖擊韌性可分為五級（KJ/mKJ/m2 2）：）：3030以下為甚低；以下為甚低；31316060為低；為低；61619090為中；為中；9191120120為高；為高；120120以上為甚高。以上為甚高。

40、2、影響因素：、影響因素： a.方向性：方向性： b.木材構(gòu)造：木材構(gòu)造： c.木材缺陷：木材缺陷： d.木材腐朽：木材腐朽：hbQ1000A3.破壞形式：破壞形式：木材沖擊韌性試材破壞情況木材沖擊韌性試材破壞情況五、抗剪切強度與扭曲強度五、抗剪切強度與扭曲強度剪力作用于木材紋理方向的不同可分順剪、橫剪和切斷三類。木材順剪強度最小，故通常只測順剪。順剪又分徑面和弦面破壞兩種。：徑 向 和 弦 向 的 順 紋 剪 切橫 紋 剪 切切 斷剪 切木材的順紋抗剪測定試材木材的順紋抗剪測定試材順紋抗剪如圖所示。試樣缺角部分角度為如圖所示。試樣缺角部分角度為1061064242。角為角為 16164242

41、。式中：max為最大荷載()；為試樣寬度(mm)；為試樣受剪面長度(mm)。 木材順剪強度較小，平均只有順壓強度的1030%。 紋理較斜的木材，如交錯紋理，渦紋，亂紋等其順剪強度會明顯增加。闊葉材順剪強度約比針葉材高出半倍，闊葉樹弦面抗剪較徑面抗剪強度高出1030%，其射線發(fā)達,這種差異也越大.針葉材徑面和弦面剪切強度大圖順紋抗剪試樣致相同.順剪強度分五級（105Pa）：50 以下,甚低；51100，低；101150，中；151200，高；200以上，甚高。LbcosmaxP（MPa）六、木材硬度六、木材硬度硬度是材料抵抗其它不產(chǎn)生殘余變形物硬度是材料抵抗其它不產(chǎn)生殘余變形物體壓入的抗凹能力。

42、我國木材硬度試驗體壓入的抗凹能力。我國木材硬度試驗是采用改進的布氏硬度試驗法。用直徑是采用改進的布氏硬度試驗法。用直徑為為11.2811.28mmmm的鋼球壓入試樣所需的荷重為的鋼球壓入試樣所需的荷重為木材的靜力硬度。硬度試件尺寸為木材的靜力硬度。硬度試件尺寸為5050505070mm70mm，后一尺寸為順紋尺寸。，后一尺寸為順紋尺寸?？煞謴矫?、弦面和端面硬度?？煞謴矫妗⑾颐婧投嗣嬗捕?。硬度其計算公式為：其計算公式為： M M ( (N)N)式中：式中：P P為鋼球半徑面壓入時的荷載（為鋼球半徑面壓入時的荷載（N N）；為系數(shù)，當壓入深度為）；為系數(shù)，當壓入深度為2.82mm2.82mm和和5

43、.64mm5.64mm時時,K,K值分別為值分別為1 1和和4/34/3。木材端面硬度高于側(cè)面硬度，針葉材平均高出木材端面硬度高于側(cè)面硬度，針葉材平均高出35%35%，闊葉材高出，闊葉材高出25%25%；木；木射線發(fā)達的麻櫟、青岡櫟等樹種的木材硬度，弦面較徑面可高出射線發(fā)達的麻櫟、青岡櫟等樹種的木材硬度，弦面較徑面可高出5-10%5-10%，大，大多數(shù)樹種徑面和弦面硬度相近。木材密度對硬度影響極大，密度愈大，硬度多數(shù)樹種徑面和弦面硬度相近。木材密度對硬度影響極大，密度愈大，硬度愈大。愈大。七、抗劈力七、抗劈力木材抵抗在尖鍥作用下順紋劈開木材抵抗在尖鍥作用下順紋劈開地力。根據(jù)劈裂面不同可分為徑地力。根據(jù)劈裂面不同可分為徑面和弦面。面和弦面。試樣尺寸：試樣尺寸：20mm20mm50mm（順紋）（順紋）它不同于以上各類強度，為線強它不同于以上各類強度，為線強度?？古Χ??？古用下式計算：用下式計算：抗劈力bPCmax 圖 劈裂試件 式中：max為最大荷載（N）；b為劈裂面寬度（mm）。(N/mm)闊葉材徑面抗劈力較弦面為小。這種差異對木射線發(fā)達的樹種尤為顯著。針葉材恰恰相反，即弦面小于徑面，這是由于早材部分強度小，弦面易于劈開。八、握釘力八、握釘力木材地握釘力是指釘子在從木材中被拔出時地木材地握釘力是指釘子在從木材中被拔出時