木材的力學性能參數(shù)分析整理

木材的力學性能參數(shù)1目 錄1.1 P32.1 P3~P83.1 P8~P204.1 P20~P285.1 P28~P316.1 P31~P337.1 P34~P3621.1木材的力學性質(zhì)主要介紹:木材力學性質(zhì)的基本概念、木材的應力—應變關(guān)系；木材的正交異向彈性、木材的黏彈性、木材的塑性；木材的強度與破壞、單軸應力下木材的變形與破壞特點；基本的木材力學性能指標；影響木材力學性質(zhì)的主要因素等。，在變形和破壞方面所表現(xiàn)出來的性質(zhì)。，木材屬生物材料，其構(gòu)造的各向異性導致其力學性質(zhì)的各向異性。因此，木材力學性質(zhì)指標有順紋、橫紋、徑向、弦向之分。，合理選才、用材。2.1木材力學基礎(chǔ)理論andstrain）定義：材料在外力作用下，單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)力，包括壓應力、拉應力、剪應力、彎應力等。單位：N/mm2(=MPa)壓縮應力：短柱材受壓或受拉狀態(tài)下產(chǎn)生的正應力稱為壓縮應力；壓應力：σ=-P/A3拉伸應：短柱材受壓或受拉狀態(tài)下產(chǎn)生的正應力稱為拉伸應力；拉應力：σ=P/A剪應力：當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)生平行于應力作用面方向被剪切的應力； τ=P/AQ定義：外力作用下，物體單位長度上的尺寸或形狀的變化；應變：ε=±⊿L/L4應力—應變曲線：曲線的終點 M表示物體的破壞點。比例極限應力：直線部分的上端點P對應的應力;比例極限應變：直線部分的上端點P對應的應變;塑性應變（永久應變）：應力超過彈性限度，這時如果除去應力，應變不會完全回復，其中一部分會永久殘留。5破壞應力、極限強度：應力在 M點達到最大值，物體產(chǎn)生破壞 (σM);破壞應變：M點對應的應變(εM)。當應力值超過彈性限度值并保持基本上一定， 而應變急劇增大，這種現(xiàn)象叫屈服，而應變突然轉(zhuǎn)為急劇增大的轉(zhuǎn)變點處的應力叫屈服應力(σY)。andplasticity)彈性：物體在卸除發(fā)生變形的荷載后，恢復其原有形狀、尺寸或位置的能力;6塑性：物體在外力作用下，當應變增長速度大于應力增長速度，外力消失后木材產(chǎn)生永久殘留變形部分， 為塑性變形，木材的這一性質(zhì)叫塑性;塑性應變（永久應變）：應力超過彈性限度，這時如果除去應力，應變不會完全回復，其中一部分會永久殘留。彈性變形實際上是分子內(nèi)的變形和分子間鍵距的伸縮； 塑性變形實際上是分子間相對位置的錯移。andmodulus)在彈性限度范圍內(nèi),大多數(shù)材料應力與應變間有如下關(guān)系:σ=E，ε(胡克定律)彈性模量（E):物體產(chǎn)生單位應變所需要的應力，它表征材料抵抗變形能力的大小，E=應力/應變,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,E=σ/叫ε彈性模量。柔量：彈性模量的倒數(shù)，表征材料在荷載狀態(tài)下產(chǎn)生變形的難易程度 ,-1a=E=ε/為σ柔量.彈性模量的意義：在彈性范圍內(nèi)，物體抵抗外力使其改變形狀或體積的能力。是材料剛性的指標。loadinganddestroyloading)極限荷載：試件達到最大應力時的荷載。破壞荷載：試件完全破壞時的荷載。7氣干材上述兩個值相同；而濕木材兩者不同，破壞荷載常低于極限荷載。3.1木材力學性質(zhì)的特點表現(xiàn)在木材的物理性質(zhì)，如干縮、濕脹、擴散、滲透等。在力學性能上，如彈性、強度和加工性等方面。從強度上來看，木材的壓縮、拉伸、彎曲及沖擊韌性等均為當應力方向與纖維方向平行時，強度值最大，隨著兩者之間的傾角變大，強度銳減。前述木材物理性質(zhì)（干縮性、熱、電、聲學等）構(gòu)造性質(zhì)各向異性，同樣木材力學性質(zhì)亦存在著各向異性。木材大多數(shù)細胞軸向排列，僅少量木射線徑向排列。木材為中空的管狀細胞組成，其各個方向施加外力，木材破壞時產(chǎn)生的極限應力不同。例如順紋抗拉強度可達120.0-150.0Mpa，而橫紋抗拉強度僅3.0-5.0Mpa(C-H,H-O)，這主要與其組成分子的價鍵不同所致。軸向纖維素鏈狀分子是以C-C、C-O鍵連接，而橫向纖維素鏈狀分子是以C-H、H-O連接，二者價鍵的能量差異很大。木材宏觀上呈層次狀：同心圓狀年輪木材有縱向和橫向組織：大多數(shù)細胞和組織呈軸向，射線組織呈徑向。胞壁結(jié)構(gòu)：細胞壁各層微纖絲排列方向不同胞壁的成分：以纖維素為骨架。8纖維素的結(jié)構(gòu)、晶胞有關(guān)：單斜晶體。彈性常數(shù)彈性模量（E）：物體產(chǎn)生單位應變所需要的應力，它表征材料抵抗變形能力的大小，E=應力/應變剪切彈性模量 G：剪切應力τ與剪切應變γ之間在小的范圍內(nèi)符合：τ=Gγ或G=γ/τ為剪切彈性模量，或剛性模量。泊松比μ：物體的彈性應變在產(chǎn)生應力主軸方向收縮（拉伸）的同時還伴隨有垂直于主軸方向的橫向應變， 將橫向應變與軸向應變之比稱為泊松比（ ）。'分子表示橫向應變，分母表示軸向應變正交異向彈性：木材為正交異性體。彈性的正交異性為正交異向彈性。木材的正交對稱性: 木材具有圓柱對稱性，使它成為近似呈柱面對稱的正交對稱性物體。 符合正交對稱性的材料，可以用虎克定律來描述它的彈性。方程中有3個彈性模量、3個剪切彈性模量和 3個泊松比。不同樹種間的這9個常數(shù)值是存在差異。9木材是高度各向異性材料，木材三個主方向的彈性模量即 EL>>ER>ET幾種木材的彈性常數(shù)材料密度含水ELERETGLTGLRGTRμμμ3g/cmMPaMPaMPaMPaMPaMPaRTLRLT率%針葉樹材云杉0.3901211583896496690758390.430.370.47松木0.550101627211035736761172660.680.420.51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白蠟木0.670915790151682789613102690.710.460.51山毛櫸0.750111370022401140106016104600.750.450.51流變學：討論材料荷載后的彈性和黏性的科學。 (討論材料后荷載應10力---應變之間關(guān)系隨時間變化的規(guī)律 )蠕變和松弛是黏彈性的主要內(nèi)容。木材的黏彈性同樣依賴于溫度、負荷時間、加荷速率和應變幅值等條件，其中溫度和時間的影響尤為明顯。概念(creep)：指在恒定外力作用下(應力不變),應變隨時間的增加而逐漸增大的現(xiàn)象。由于木材的粘彈性而產(chǎn)生三種變形：瞬時彈性變形、粘彈性變形、塑性變形。蠕變：在恒定應力下，木材應變隨時間的延長而逐漸增大的現(xiàn)象。瞬時彈性變形:與加荷速度相適應的變形，它服從于胡克定律；黏彈性變形:加荷過程終止，木材立即產(chǎn)生隨時間遞減的彈性變形塑性變形:最后殘留的永久變形。差異：黏彈性變形是纖維素分子鏈的卷曲或伸展造成的，變形是可逆的，但較彈性變形它具有時間滯后性。塑性變形是纖維素分子鏈因荷載而彼此滑動，變形是不可逆轉(zhuǎn)的。蠕變曲線：11OA-----加載后的瞬間彈性變形， AB-----蠕變過程，（t0→t1）t↗→ε↗BC1----卸載后的瞬間彈性回復， BC1==OA，C1D----蠕變回復過程，t↗→ε緩慢回復，故蠕變 AB包括兩個組分：彈性的組分 C1C2——初次蠕變（彈性后效變形），剩余永久變形C2C3=DE——二次蠕變（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)。蠕變規(guī)律：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蠕變過程；2）卸載后有一瞬時彈性恢復變形，在數(shù)值上等于施載時的瞬時變形；3）卸載后有一隨時間推移而變形減小的蠕變恢復，在此過程中的是可恢復蠕變部分；4）在完成上述蠕變恢復后，變形不再回復，而殘留的變形為永久變形，即蠕變的不可恢復部分；12（5）蠕變變形值等于可恢復蠕變變形值和不可恢復蠕變變形值之和。能量的損耗隨著每個周期增大，意味著在變形中做了更多的功，同時造成材料蠕變的不可恢復部分越來越大。對木材施加一荷載，荷載初期產(chǎn)生應力—應變曲線 OA′，卸載產(chǎn)生曲線 A′B′，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，必須施加與產(chǎn)生曲線應力符號相反的應力OC′，而形成這段曲線B′C′；當OC′繼續(xù)增大到等于A′P′，′′′′；卸去這個符號相反的應力，產(chǎn)生應力—應變曲線BC將延至CDD′E′，也不能恢復到原形，殘留負向的永久變形 E′O′。再次通過13反向應力OF′，材料才能恢復原形。如果再繼續(xù)增大應力，則產(chǎn)生′′，與原曲線構(gòu)成一個環(huán)狀閉合?！洹洹洹淝€FAABDF封閉曲線所包圍的面積相當于整個周期中的能量損耗。(1)時間：(2)木材的含水率：水分在木材內(nèi)，從一吸著處到另一吸著處，其中包括氫鍵的松散或破壞， 木材這一暫時的削弱便導致在荷載下的微小變形，變形的累積可能最終導致破壞。(3)載荷(4)溫度：當空氣的溫度和濕度增加時，木材的總變形量和變形速度也增加。松弛:在恒定應變條件下應力隨時間的延長而逐漸減少的現(xiàn)象。松弛與蠕變的區(qū)別在于：在蠕變中，應力是常數(shù)，應變是隨時間變化的可變量；而在松弛中，應變是常數(shù)，應力是隨時間變化的可變量。Kitazawa松弛公式：σt=σ1(1-mlogt)m為松弛系數(shù),松弛系數(shù)隨樹種和應力種類而有不同，但更受密度和含水率影響，m值與密度成反比，與含水率成正比。木材蠕變特性研究簡介 :14木材的蠕變特性曲線是一粘彈性曲線J (t)

(t)0木材蠕變特性曲線木材的蠕變變形由三部分組成：第一部分是由木材內(nèi)部高度結(jié)晶的微纖絲構(gòu)架而引起的彈性變形，這種變形是瞬間完成；第二部分是鏈段的伸展而引起的延遲彈性變形，這種變形是隨時間而變化的；第三部分是高分子的相互滑移引起的粘性流動。力學模型：15數(shù)學模型根據(jù)流變學理論，其任一瞬時的蠕變?nèi)崃?J（t）為:tnJ(t)J0Ji(1et/zi)0i116塑性變形:當施加于木材的應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的變形，將這個變形稱為塑性變形。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力作用下，高分子結(jié)構(gòu)的變形及相互間相對移動的結(jié)果。木材屬于塑性較小的材料。影響木材塑性的重要因素有木材的多孔性、木材的含水率和溫度，其中含水率和溫度的影響十分顯著。含水率:隨含水率增加而增大。溫度:隨溫度升高而加大，這種性質(zhì)往往被稱為熱塑性。干燥時，木材由于不規(guī)則干縮所產(chǎn)生的內(nèi)應力會破壞其組織的內(nèi)聚力，而塑性的產(chǎn)生可以抵消一部分木材的內(nèi)應力。木材的塑性在木材的軟化、人造板成型等工藝中有利。強度是指材料抵抗其受施應力而不致破壞的能力， 表示單位截面積上材料的最大承載能力。單位： N/mm2＝Mpa。木材是各向異性的高分子材料，根據(jù)所施加應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、橫紋抗壓強度、抗彎強度等多項力學強度指標參數(shù)。17韌性是指材料在不致破壞的情況下所能抵御的瞬時最大沖擊能量。 單位：KJ/m2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。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性能的現(xiàn)象。木材破壞的原因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；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力狀態(tài)的類型。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)皺褶。破壞形狀和破壞部位常取決于木材含水率和硬度等因素。濕材和軟材以端部壓潰破壞最為常見，破壞出現(xiàn)在應力集中的地方。干的木材通常產(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)造分子之間的分離。18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。木材進行壓縮時，應力—應變關(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。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 :橫紋壓縮應力-應變曲線 OA-早材的彈性曲線AB-早材壓損過程曲線 BC-晚材彈性曲線而當弦向壓縮時不出現(xiàn)三段式曲線。木材順紋拉伸破壞主要是縱向撕裂和微纖絲之間的剪切。 微纖絲縱向結(jié)合非常牢固，所以順紋拉伸時的變形不大，通常應變值小于1%～3%，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6%～10%。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，破壞斷面不平整，呈鋸齒狀木茬。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，只有順紋拉伸強度的1/35～1/65。由此可知，木材在徑向和弦向拉伸時19的強度差，取決于木材密度及射線的數(shù)量與結(jié)構(gòu)。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。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。徑切面剪切破壞（剪切面垂直于年輪），其表面較粗糙。4.1木材的各種力學強度及其試驗方法木材的各種力學強度有縱向和橫向之分，橫向又分為徑向和弦向。按照外力種類分類：壓縮強度、拉伸強度、抗彎強度、抗剪強度、沖擊強度、硬度、韌性等。按荷載速度和作用方法分：靜態(tài)強度、沖擊強度、疲勞強度和蠕變強度。順紋抗壓強度(compressionstrengthparalleltothegrain)我國木材順壓強度平均值為45MPa。測試方法：20×20×30mm破壞的宏觀癥狀：破壞形狀和破壞部位常取決于木材含水率和硬度等因素。濕材和軟材以端部壓潰破壞最為常見，破壞出現(xiàn)在應力集中的地方。干的木材通常產(chǎn)生劈裂而破壞，這是由于纖維或木射線的撕裂。20我國國家標準《木材物理力學試驗方法》（GB1927-1943-91）規(guī)定，只測定短柱的最大抗壓強度。其試樣尺寸為20×20×30mm，長度平行于木材紋理；σw＝P/ab12＝σw[1+0.05(W-12)]式中：P——破壞荷載，N；a，b——試樣斷面尺寸，mm；W——試驗時的木材含水率(％)；σw、σ12——木材氣干狀態(tài)、標準含水率12%時的強度，Mpa。我國木材順壓強度的平均值約為45Mpa；順壓比例極限與強度的比值約為0.7，針葉樹材該比值約為0.78，軟闊葉樹材為0.70，硬闊葉樹材為0.66。針葉樹材具有較高比例極限的原因是，它的構(gòu)造較單純且有規(guī)律；硬闊葉樹環(huán)孔材因構(gòu)造不均一，使這一比值最低。(1)分局部受壓和全部受壓：(2)又可以分為徑向和弦向受壓：a.針葉樹材和闊葉樹材的環(huán)孔材徑向受壓：見右圖，由3段不同斜率的曲線組成。b.針葉樹材和環(huán)孔材的弦向受壓：不出現(xiàn)段曲線組成木材順紋抗拉強度，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，為順紋抗壓強度的 2－3倍。木材在使用中很少出現(xiàn)因被拉斷而破壞。21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-C、C-O鍵結(jié)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％，而強度值卻很高。木材順紋抗拉力學試樣及其受力方向試驗時采用附有自動對直和拉緊夾具的試驗機進行， 試驗以均勻速度加荷，在1.5-2.0分鐘內(nèi)使試樣破壞。順紋抗拉強度按下式計算。σw＝P/a.b式中：P——最大荷載,N；a，b一試樣工作部位橫斷面(cm2)；W一試驗時的木材含水率 (％)。橫紋抗拉強度木材的橫紋拉力比順紋拉力低得多，一般只有順紋拉力的 l/30—1/40。因為木材徑向受拉時，除木射線細胞的微纖絲受軸向拉伸外，其余細胞的微纖絲都受垂直方向的拉伸；橫紋方向微纖絲上纖維素鏈間是以氫鍵（-OH）接合的，這種鍵的能量比木22材纖維素縱向分子間C-C、C-O鍵接合的能量要小得多。此外，橫紋拉力試驗時，應力不易均勻分布在整個受拉上，往往先在一側(cè)被拉劈，然后擴展到整個斷面而破壞，并非真正橫紋抗拉強度。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(guān)。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(gòu)件的設(shè)計。靜力荷載下，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。各樹種木材抗彎強度平均值約為 90MPa左右。針葉樹材徑向和弦向抗彎強度間有一定的差異，弦向比徑向高出 10％~12％；闊葉樹材兩個方向上的差異一般不明顯。 抗彎強度的測定方法各國不同， 區(qū)別在于試樣的尺寸、加荷方式和加荷速度的差別。我國國家標準規(guī)定：試樣斷面為20×20mm，長度為300mm，跨度為240mm；中央荷載，弦向加荷；試驗以均勻速度加荷，在 1-2分鐘內(nèi)使試樣破壞。試驗時為避免試樣在支座和受力點產(chǎn)生壓痕， 影響試驗結(jié)果，在支座和受力點上應加鋼質(zhì)墊片。墊片的尺寸為 30×20×5mm。23抗彎強度用下式計算σw＝3PL/2bh2 (Mpa)σ12＝σw[1+0.04（W-12）] (Mpa)式中： σw——木材試樣氣干狀態(tài)下的抗彎強度P——破壞時的荷載，N；L——跨度，240mm；b——試樣寬度，mm；h——試樣高度，mm；W——試驗時試樣的含水率 (％)抗彎彈性模量木材抗彎彈性模量是指木材受力彎曲時，在比例極限內(nèi)應力與應變之比，用于計算梁及桁架等彎曲荷載下的變形以及計算安全荷載。木材的抗彎彈性模量代表木材的剛性或彈性，表示在比例極限以內(nèi)應力與應變之間的關(guān)系，也即表示梁抵抗彎曲或變形的能力。梁在承受荷載時，其變形與彈性模量成反比，彈性模量大，變形小，其木材剛度也大1.一般只測順剪強度，平均只有順壓強度的 10-30%。紋理較斜的木材，如交錯紋理、渦紋、亂紋等順剪強度較大。24分類：順紋剪切強度、橫紋剪切強度木材抗剪試樣與受力支架1—附件主桿 2—塊 3—L形塊 4，5—螺桿 6—壓塊 7—試樣8—圓頭螺釘木材的順紋抗剪強度視木材受剪面的不同， 分為弦面抗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。木材順剪強度較小，平均只有順紋抗壓強度的 10％~30％。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25樹材順剪強度平均比針葉樹材高出1/2。闊葉樹材弦面抗剪強度較徑面高出10％~30％，如木射線越發(fā)達，這種差異更加明顯。針葉樹材，其徑面和弦面的抗剪強度大致相同。木材的沖擊韌性，是指木材受沖擊力而彎曲折斷時， 試樣單位面積所吸收的能量。吸收的能量越大，表明木材的韌性越高而脆性越低。沖擊韌性與其他木材強度性質(zhì)不同， 不是用破壞試樣的力來表示， 而是用破壞試樣所消耗的功 (kJ/m2)表示。沖擊破壞消耗的功愈大，木材韌性愈大，亦即脆性愈小。試驗所得數(shù)據(jù)不能用于木結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算，只能作為衡量木材品質(zhì)的參考。木材沖擊韌性的測定，通常采用兩種方式，即一次沖擊試驗法和連續(xù)沖擊試驗法，我國國家標準規(guī)定采用一次沖擊試驗法。試樣尺寸為20×20×300mm，兩支座間距離跨度為 240mm，中央荷載，只作弦向試驗，一次沖斷。擺錘質(zhì)量 10kg，起始高度為1m，自由落下，試樣被沖擊折斷后，擺錘自由擺動到另一個高度，二次高度勢能之差，即為試樣折斷時所吸收的能量，可直接從力學試驗機上讀出。試驗結(jié)果用下式計算： T＝1000Q/bh式中：Q—試樣吸收的能量(kJ/m2)；b—試樣的寬度(mm)；h—試樣的高度(mm)261.木材的硬度概念：木材的硬度，是指木材抵抗其它剛體壓入的能力。木材的硬度與木材的密度密切相關(guān)，密度大其硬度則高，反之則低測定法：采用半徑為5.64cm的鋼球，在靜荷載下壓入試樣深度 5.64cm。試件：50mm×50mm×70mm木材端面硬度大于側(cè)面；大多數(shù)木材徑弦面硬度相近。2.耐磨性概念：指木材抵抗摩擦、擠壓、沖擊和剝蝕，以及這幾種因子綜合作用所產(chǎn)生的耐磨能力。與硬度有一定關(guān)系。用磨耗儀測定。概念：木材抵抗在尖楔作用下順紋劈開的力。分徑面和弦面?？古儆诠に囆再|(zhì)，而且關(guān)系到其它的工藝性質(zhì)，如開榫性?？古Υ蟮哪静模湮蔗斄σ矎姟Ｄ静目古ο笃渌W性質(zhì)一樣，受木材密度、木材構(gòu)造的影響。通常密度大的木材，其抗劈力也大，這種關(guān)系表現(xiàn)得非常密切，呈直線關(guān)系。在密度相同的條件下，由于細胞27的組成不同，闊葉樹材的抗劈力大于針葉樹材的抗劈力。交錯紋理、木節(jié)可增大抗劈力。木材的含水率對抗劈力的影響不明顯。木材徑面(A)與弦面(B)抗劈力的試樣形狀木材的握釘力，是指木材抵抗釘子拔出的能力。 木材具有固著釘子的性能，握釘力亦即木材與釘子之間的摩擦力。 當握釘力的大小取決于木材的種類、含水率、密度、硬度、彈性、紋理方向、釘子的形狀及其與木材接觸面的大小等。例如水曲柳的徑面握釘力為 2130N，而端面為1460N(圓釘ф＝3.Omm)。密度大的木材其握釘力也強，例如含水率15％時，紫椴的密度為 0.49，其握釘力為 420N，水曲柳的密度為0.69，其握釘力為1460N。5.1木材力學性質(zhì)的影響因素.木材密度(密度對順拉強度影響不大）二.含水率：木材強度和含水率有一定關(guān)系。三.溫度四.時間（持久強度概念）五.紋理方向六.木材構(gòu)造:1.晚材率與年輪寬度; 2.木射線;3.其它如胞壁厚度與纖絲角 等.28七.木材缺陷木材密度是決定木材強度和剛度的物質(zhì)基礎(chǔ)，是判斷木材強度的最佳指標。密度增大，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，其強度高，木材強度與木材密度二者存在著下列指數(shù)關(guān)系方程。σ＝Kρn式中：σ——木材強度；ρ——木材密度；K和n——常數(shù)，隨強度的性質(zhì)而不同。木材含水率對木材力學性質(zhì)的影響，主要是由于單位體積內(nèi)纖維素和木素分子的數(shù)目增多，分子間的結(jié)合力增強所致。含水率高于纖維飽和點，自由水含量增加，其強度值不再減小，基本保持恒定。經(jīng)過長期的研究證實，含水率在纖維飽和點以下，強度的對數(shù)值與含水率成一直線關(guān)系。29溫度對木材力學性能影響比較復雜。一般情況下，室溫范圍內(nèi)，影響較小，但在高溫和極端低溫情況下，影響較大。正溫度的變化，在導致木材含水率及其分布產(chǎn)生變化同時，會造成木材內(nèi)產(chǎn)生應力和干燥等缺陷。主要原因在于熱促使細胞壁物質(zhì)分子運動加劇，內(nèi)摩擦減少，微纖絲間松動增加，引起木材強度下降。如水熱處理情況下，溫度超過180℃，木材物質(zhì)會發(fā)生分解；或在 83℃左右條件下，長期受熱，木材中抽提物、果膠、半纖維素等會部分或全部消失，從而引起木材強度損失，特別是沖擊韌性和拉伸強度會有較大的削弱。荷載作用線方向與紋理方向的關(guān)系是影響木材強度的最顯著因素之一。拉伸強度和壓縮強度均為順紋方向最大，橫紋方向最小。荷載作用線方向與紋理方向的關(guān)系是影響木材強度的最顯著因素之一。拉伸強度和壓縮強度均為順紋方向最大，橫紋方向最小。有節(jié)子的木材一旦受到外力作用， 節(jié)子及節(jié)子周圍產(chǎn)生應力集中， 與30同一比重的無節(jié)木材相比，表示出小的彈性模量。1—卵圓形、2—長條形和3—掌狀節(jié)1—活節(jié)和2—死節(jié)6.1木材的允許應力木材各種強度值一般都是用無疵小試件在特定的條件下按規(guī)定的試驗標準測定的，與實際的使用情況有很大差別。因此在實際應用中要考慮各種因素的影響。木材容許應力是指木構(gòu)件在使用或荷載條件下，能長期安全地承受的最大應力。對標準試驗方法所測得的強度值進行適當折扣，折扣率稱為折扣系數(shù)，折扣系數(shù)之倒數(shù)稱為安全系數(shù)。木材是生物材料，變異較大。因樹種、產(chǎn)地和木材在樹干中的部位不同，木材強度存在著變異。因此除了解木材的平均強度以外，還應了解木材強度的變化異范圍，用變異系數(shù)(V)來表示。31目前長期荷載對木材強度的影響，許多國家都采用小而無疵試樣強度的2/3(即0.67)作為長期荷載強度的數(shù)值；若為恒載，則用1/2。建筑結(jié)構(gòu)物大部均為恒載和活載的共同作用，故在《木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中，引用的長期荷載強度折減系數(shù)K2＝0.67。構(gòu)件的受力類型節(jié)徑比折減系數(shù)K3順紋受拉1/30.38順紋受壓1/20.67抗彎2/50.52順紋受剪－0.80用來推算木材容許應力的木材強度，是以木材含水率為12％為基準。木結(jié)構(gòu)工程中，因條件限制大部分使用濕村作構(gòu)件。當濕材在氣干過程中，一般都要發(fā)生開裂和撓曲，從而降低構(gòu)件的強度。因此也要考慮木材干燥產(chǎn)生缺陷的影響。荷載的超載、結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工的偏差以及構(gòu)件缺口處引起的應力的集中（應力集中主要考慮順紋拉伸），均可影響構(gòu)件的強度，對于這些因子，《木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》均確定了折減系數(shù)。321）木材強度的變異 K1=1-2.33V（變異系數(shù)）2）荷載的持久性 K23）木材缺陷對強度的影響 K34）構(gòu)件干燥缺陷影響 K45）應力集中系數(shù) K56）超載系數(shù)K67）結(jié)構(gòu)偏差系數(shù) K7各項因素對木材強度的影響系數(shù)受力性質(zhì)KKKKK5K12346抗彎0.670.520.80—1.201.10順紋抗壓 0.67 0.67 1.00 — 1.20 1.10順紋抗拉0.670.380.850.901.201.10順紋抗剪 0.67 0.80 0.75 — 1.20 1.10[σ]=σ12×K1×K2×K3×K4×K5/（K6×K7）K=σ12×K1×K2×K3×K4×K5/（K6×K7）木結(jié)構(gòu)部件安全系數(shù)為折減系數(shù)之倒數(shù)，為強度平均值 σ與容許應力[σ]的比值，其計算公式為： A=1/K=σ/[σ在我]國木結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)一般為 3.5～6.0，比金屬等其它材料要高。337.1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氣干縮度/%（生材—氣干）抗基本徑向弦向彎干順紋密度抗彎彈密抗壓順紋抗/強度性端面硬分級度/生材生材生材生材強度剪強度（g//MP模度/N（g~全~氣~全~氣/MP/MPacm3a量/cm干干干干a）/GP3）aI≤0.3≤＜3.0＜2.0＜5.0＜3.0≤2.9≤≤≤6.5≤25000.3554.07.40.31~0.353.0~2.0~5.0~3.0~29.1~54.1~7.5~2570~400II1~0.6.6~9.50.45554.02.56.54.044.088.010.300.46~0.554.0~2.5~6.5~4.0~44.1~88.1~10.44010~650III1~.7~13.9.6~12.0.6055.03.08.05.059.0118.0200.61~0.755.0~3.0~8.0~5.0~59.1~118.113.312.1~15.6510~100IV1~0.~142.~16.0.75956.03.59.56.073.002000V≥≥＞6.0＞3.5＞9.5＞6.0＞≥≥≥15.1＞100000.750.9573.0142.016.3表2國內(nèi)常見樹種物理力學性能試驗氣干干縮率/%順紋密度（生材—氣順紋抗抗彎抗彎彈時含抗剪端面硬樹種/干）壓強度強度性模量水率強度度/N（g/c徑/MPa/MPa/GPa/%弦向/MPam3）向福建柏15.0IIIIIIIIIIIIIIII銀杏15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII冷杉15.0IIIIIVIIIIIIIII杉松冷杉15.0IIIIIIIIIIIIII云南油松15.0II,IIIIIIII,IVII,IIIII,IIIIIIIIII落葉松15.0III,IVIIIIIIIVIIIIIV四川紅杉15.0IIIIIIVIIIIIIIIIII云杉15.0I,IIIIIIII,III,III,IIII濕地松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII紅松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII廣東15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII廣東松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII馬尾松15.0II,IIIII,IIIIVIIIIIIIIIII,III樟子松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII云南松15.0IIIIVIVII,IIIII,IIIIIII,III鐵杉15.0IIIIIIIIIII,IIIIIIIIII34陸均松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIIIVIII雞毛松15.0IIIIIIIIIIIIIIIVIII杉木15.0IIIIIIIIIIIIIIII消極和15.0IIIIIIIIII槭木15.0III,IVIIIIII,IVIII,IVIV,V刺楸15.0II,IIII,IIII,IIIII,IIIII,III江南榿木15.0IIIIIIIIIII光皮樺15.0IIIII,IIIIII,IVIII,IVIII,IV白樺15.0IIIII,IIIII,IIIII,IIIII,III秋楓15.0IIIII,IIIII,IIIII,IIIIV青岡15.0IVIII,IVIVVIV,V水青岡15.0IVIIIIIIIVIII麻櫟15.0IVIII,IVIII,IVIII~VIV白櫟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,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,III,IIIIII,II擬赤楊15.0III,IIIIIIII荷木15.0IIIIIIIIIIIIIII15.0VIV,VVVV紫椴15.0IIIII,III,III青檀15.0IVIVIVIIIIV白榆15.0IIIIIIIII,IIIIII櫸樹15.0IVIIIIVIIIIV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15.0IIIIIIII