木材的力学性质(20200919195958)
木材的力学性质
木材的应力与应变的关系属于既有弹性又有塑 性的材料——黏弹性材料。在较小应力和较短时间 的条件下，木材的性能十分接近于弹性材料；反之， 则近似于黏弹性材料。
8.2 弹性与木材的正交异向弹性
8.2.1 弹性与弹性常数
8.2.1.1 弹性 弹性：应力解除后即产生应变完全回复的性质。 8.2.1.2 弹性常数 （1） 弹性模量和柔量
8.4.4.3 顺纹拉伸
木材顺纹拉伸破坏主要是纵向撕裂和微纤丝之间的剪 切。微纤丝纵向结合非常牢固，所以顺纹拉伸时的变形不 大，通常应变值小于1%～3%，强度值却很高。即使在这 种情况下，微纤丝本身的拉伸强度也未能充分发挥，因为 木材的纤维会在微纤丝之间撕开。木材顺纹剪切强度特别 低，通常只有顺纹抗拉强度的6%～10%。顺纹拉伸时， 微纤丝之间产生滑移使微纤丝撕裂破坏，其破坏断面通常 呈锯齿状、细裂片状或针状撕裂。其断面形状的不规则程 度，取决于木材顺拉强度和顺剪强度之比值。一般健全材 该比值较大，破坏常在强度较弱的部位剪切开，破坏断面 不平整，呈锯齿状木茬。
韧性是指材料在不致破坏的情况下所能抵御 的瞬时最大冲击能量值。
韧性材料往往是强度大的材料，但也有不符 合这个关系的。
8.4.3 木材的破坏
8.4.3.1 破坏 木材结构破坏是指其组织结构在外力或外部
环境作用下发生断裂、扭曲、错位，而使木材宏 观整体完全丧失或部分丧失原有物理力学性能的 现象。
8.4.3.2 木材破坏的原因
8.4.4.4 横纹拉伸
木材横纹拉伸分径向拉伸和弦向拉伸。
木材的横纹拉伸强度很低，只有顺纹拉伸强度的 1/35～1/65。由此可知，木材在径向和弦向拉伸时的强 度差，取决于木材密度及射线的数量与结构。
木材的力学性质
木材的力学性质主要介绍了木材力学性质的基本概念、木材的应力—应变关系；木材的正交异向弹性、木材的黏弹性、木材的塑性；木材的强度与破坏、单轴应力下木材的变形与破坏特点；基本的木材力学性能指标；影响木材力学性质的主要因素等。
木材力学是涉及木材在外力作用下的机械性质或力学性质的科学，它是木材学的一个重要组成部分。
木材力学性质是度量木材抵抗外力的能力，研究木材应力与变形有关的性质及影响因素。
木材作为一种非均质的、各向异性的天然高分子材料，许多性质都有别于其它材料，而其力学性质和更是与其它均质材料有着明显的差异。
例如，木材所有力学性质指标参数因其含水率（纤维饱和点以下）的变化而产生很大程度的改变；木材会表现出介于弹性体和非弹性体之间的黏弹性，会发生蠕变现象，并且其力学性质还会受荷载时间和环境条件的影响。
总的来说，木材的力学性质涉及面广，影响因素多，学习时需结合力学、木材构造、木材化学性质的有关知识。
木材力学性质包括应力与应变、弹性、黏弹性（塑性、蠕变）、强度（抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、扭曲强度、冲击韧性等）、硬度、抗劈力以及耐磨耗性等。
8.1 应力与应变8.1.1 应力与应变的概念8.1.1.1 应力 物体在受到外力时具有形变的趋势，其内部会产生相应的抵抗外力所致变形作用的力，成为内力，当物体处于平衡状态时，内力与外力大小相等，方向相反。
应力就是指物体在外力作用下单位面积上的内力。
当外力均匀地作用于顺纹方向的短柱状木材端面上，柱材全长的各个断面上都将受到应力，此时，单位断面面积上的木材就会产生顺纹理方向的正应力（图8-1a ）。
把短柱材受压或受拉状态下产生的正应力分别称为压缩应力和拉伸应力。
当作用于物体的一对力或作用力与反作用力不在同一条作用线上，而使物体产生平行于应力作用面方向被剪切的应力，这种应力被称为剪应力（图8-1b ）。
应力单位曾一度使用dyn/cm 2、kgf/cm 2等，近年来开始采用国际单位中的N/mm 2（=MPa ）。
木材属性介绍
木材的力学性质木材的力学性质1. 抗压强度木材受到外界压力时，抵抗压缩变形破坏的能力，称为抗压强度。
其单位为Pa。
通常分为顺纹与横纹两种抗压强度。
（1）顺纹抗压强度，外部机械力与木材纤维方向平行时的抗压强度，称为顺纹抗压强度。
由于顺纹抗压强度变化小，容易测定，所以常以顺纹抗压强度来表示木材的力学性质。
一般木材顺纹可承受（30〜79） *106Pa的压力。
其计算公式如下：Dw=P/ab式中D -一含水率为W制，木材的顺纹抗压强度（Pa）,P 式样最大载荷（N）,a,b 试样的厚度和宽度（M）（2）横纹抗压强度：外部机械力与木材纤维方向互相垂直时的抗压强度，称为横纹抗压强度。
由于木材主要是由许多管状细胞组成，当木材横纹受压时，这些管状细胞很容易被压扁。
所以木材的横纹抗压极限强度比顺纹抗压极限强度低。
但是，横纹受压的面积往往较大，所以破坏时的载荷也相应大些，其公式如下：dw=P/ab式中D -一含水率为W制，木材的横纹抗压强度（Pa）,P 式样最大载荷（N）,a,b 试样的厚度和宽度（M）由于横纹压力测试较困难，所以我们常以顺纹抗压强度的白分比来估计横纹抗压强度。
但树种不同，比例也不同。
一般针叶树材横纹抗压极限强度为顺纹的10%阔叶树材的横纹抗压极限强度为顺纹的15〜20%2抗拉强度木材受外加拉力时，抵抗拉伸变形破坏的能力，称为抗拉强度。
它分为顺纹和横纹两种抗拉强度。
（1）顺纹抗拉强度；即外部机械拉力与木材纤维方向相互平行时的抗拉强度。
木材的顺纹抗拉强度是所有强度中最大的，各种树种平均为117.6*106Pa（2）横纹抗拉强度：即外部机械拉力与木材纤维方向相互垂直时的抗拉强度。
木材的顺纹抗拉强度。
木材横纹抗拉极限强度远较顺纹抗拉极限强度低，一般只有顺纹抗拉强度的1/10〜1/40。
这是因为木材纤维这间横向联系脆弱，容易被拉开。
因此，家具结构上应避免产生横纹拉力3抗剪强度使木材的相邻两部分产生相对位移的外力，称为剪力。
11第八章木材的力学性质
四、单轴应力下木材的变形与破坏特点
1、顺纹压缩 顺纹压缩破坏的宏观征状：最初现象是横跨侧面的细线
条，随着作用力加大，变形随之增加，材面上开始出现皱 褶。
破坏形状和破坏部位常取决于木材含水率和硬度等因 素。湿材和软材以端部压溃破坏最为常见，破坏出现在应 力集中的地方。干的木材通常产生劈裂而破坏，这是由于 纤维或木射线的撕裂，而非木射线与邻接的构造分子之间 的分离。
如果再继续增大应力，则产生曲线 F’A’，与原曲线构成一个环状闭合。 A’B’D’F’封闭曲线所包围的面积相 当于整个周期中的能量损耗。
多向应力作用下蠕变的消除
6. 蠕变的影响因素
(1)时间：
(2)木材的含水率：含水率升高时，同样荷载下木材
的变形会增加。
(3)温度：温度增高，变形量与变形速率会增加
2、 木材破坏的原因
纤维素赋予木材弹性和强度；
木质素赋予木材硬度和刚性；
半纤维素起填充作用，它赋予木材剪切强度。
从细胞壁结构和细胞壁结构物质的性质来 看，木材发生破坏的原因是微纤丝和纤维素骨 架的填充物的撕裂，或纤维素骨架的填充物的 剪切，或纤维被压溃所引起。任何条件对木材 破坏的决定性作用都取决于应力状态的类型。
力作用下(应力不变), 材料的形变随时间的增加而逐渐 增大的现象.
2、木材的典型蠕变曲线
OA-----加载后的瞬间弹性变形 AB-----蠕变过程，（t0→t1）t↗→ε↗ BC1 ----卸载后的瞬间弹性回复，BC1==OA C1D----蠕变回复过程，t↗→ε缓慢回复 故蠕变AB包括两个组分： 弹性的组分C1C2——弹性后效变形 剩余永久变形C2C3=DE——塑性变形 木材蠕变曲线变化表现的正是木材的黏弹性质。
2、横纹压缩 木材横纹压缩是指作用力方向与木材纹理方向相垂直的压
木材的力学性能参数分析整理
木材的力学性能参数分析整理木材作为一种常见的建筑材料，其力学性能参数对于工程设计和产品应用十分重要。
本文将对木材的力学性能参数进行分析整理，以帮助读者更好地了解木材的力学特性和应用。
1.弹性模量（E）：弹性模量是描述材料在受力后恢复原状的能力。
对于木材而言，弹性模量可以衡量其在受到拉伸或压缩力时的变形程度。
一般来说，木材的弹性模量随着纤维方向的不同而有所变化。
纵向弹性模量较高，而横向弹性模量较低。
2.抗压强度（Fc）：抗压强度是指木材在受到压力时所能承受的最大力量。
它是衡量木材抗压能力的重要指标。
抗压强度通常比抗拉强度低，且与木材的纤维方向有关。
3.抗拉强度（Ft）：抗拉强度是指木材在受到拉伸力时所能承受的最大力量。
它也是评价木材力学性能的关键参数之一、抗拉强度通常比抗压强度高，并且与木材的纤维方向有关。
4.抗剪强度（Fv）：抗剪强度是指木材在受到剪切力时所能承受的最大力量。
与抗压强度和抗拉强度不同，抗剪强度是以相对较小的截面积来计算的。
抗剪强度与木材纤维方向的垂直性有关。
5.单剪胶合强度（Iv）：单剪胶合强度是指胶合接头在受到单向剪切力时所能承受的最大力量。
对于胶合木材而言，胶合接头的强度对整个结构的稳定性和耐久性具有重要影响。
6.密度（ρ）：密度是指单位体积的木材质量。
它不仅与木材的力学性能有关，还与木材的隔热性能、声学性能和阻燃性能等方面有关。
一般来说，密度较高的木材具有较高的强度。
7.弯曲强度（Fb）：弯曲强度是指木材在受到弯曲力时所能承受的最大力量。
对于梁、桁架等结构，弯曲强度是评价其承载能力的关键指标之一除了上述参数外，还有一些其他的力学性能参数也需要在实际应用中进行考虑，例如冲击强度、抗冲击性、弹性系数等。
此外，木材的性能还受到湿度、温度、木材品种和处理方式等因素的影响。
综上所述，了解木材的力学性能参数对于正确应用木材、合理设计和评估结构的稳定性和可靠性至关重要。
通过分析和整理木材的力学性能参数，可以更好地理解木材的力学特性，选择适合的木材种类和处理方法，确保木材在工程和产品应用中能够发挥最佳效果。
学即练12.2 木材的物理力学性质
学即练12、2木材的物理力学性质木材的物理力学性质主要包括物理性质（含水率、湿胀干缩、密度、热学性质、声学性质和电学性质）和力学性能，其中含水率对木材的湿胀干缩性、热学、声学、电学和力学性能影响很大。
木材的含水率是指木材中所含水的质量占干燥木材质量的百分数。
新伐木材的含水率在35%以上；风干木材的含水率为15%～25%；室内干燥木材的含水率常为8%～15%。
木材中所含水分不同，对木材性质的影响也不一样。
1、木材中的水分木材中主要有三种水，即自由水、吸附水和结合水。
自由水是指以游离态存在于木材细胞腔、细胞间隙和纹孔腔这类大毛细管中的水分，自由水的多少主要由木材空隙体积决定，影响木材质量、燃烧性、渗透性和耐久性。
吸附水是被吸附在细胞壁内细纤维之间的水分，是影响木材强度、胀缩变形和加工性能的主要因素。
结合水即为木材细胞壁物质组成牢固结合的化学化合水，相对稳定，对日常使用中的木材性质无影响。
2、木材的纤维饱和点当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达到饱和时的木材含水率称为纤维饱和点。
木材的纤维饱和点随树种、温度和测定方法而异，一般介于23%～33%，多数树种为30%。
纤维饱和点是木材材性变化的转折点。
3、木材的平衡含水率木材中所含的水分是随着环境的温度和湿度的变化而改变的。
当木材长时间处于一定温度和湿度的环境中时，木材吸收水分和散失水分的速度相等，达到动态平衡，这时木材的含水率称为平衡含水率（图11－4）。
它是环境温度和湿度的函数，同一环境下不同树种的木材，平衡含水率的差异不大。
木材的平衡含水率随其所在地区不同而异，我国北方为12%左右，长江流域为15%左右，海南岛约为18%。
木材的平衡含水率对于木材的加工利用意义重大。
第九章 木材的力学性质
二 木材的正交对称弹性 将木材中的三个轴线近似当作相互垂直的弹性对 称轴，就可以把木材作为均质材料，应用正交对称 称轴，就可以把木材作为均质材料， 原理讨论木材弹性的各向异性。 原理讨论木材弹性的各向异性。
木材的正交异向性表现在以下几个方面： 木材的正交异向性表现在以下几个方面： 1 拉、压、弯的弹性模量 可看作近似相等，但在 弯的弹性模量E可看作近似相等 可看作近似相等， 三个方向上的弹性模量不同， 三个方向上的弹性模量不同，纵向弹性模量远大 于横向，横向中径向大于弦向。 于横向，横向中径向大于弦向。 2 木材的剪切模量G在横切面最小，径面与弦面的 木材的剪切模量G在横切面最小 在横切面最小， 剪切模量分别与径向和弦向的弹性模量值相近。 剪切模量分别与径向和弦向的弹性模量值相近。 3 木材的弹性模量 和剪切模量 都随密度的增加 木材的弹性模量E和剪切模量 和剪切模量G都随密度的增加 而增大。 而增大。 4 木材的泊松比均小于 。 木材的泊松比均小于1。
（三）顺纹剪切：木材纤维在平行于木材纹理方向 顺纹剪切： 发生了相互滑移。 发生了相互滑移。 （四）横纹拉伸：径向拉伸时，组成木材细胞的微纤 横纹拉伸：径向拉伸时， 丝发生扭曲；弦向拉伸时， 丝发生扭曲；弦向拉伸时，细胞或纤丝只发生横向 拉伸或被拉断。 拉伸或被拉断。 横纹压缩：宏观上看到纤维受压变紧密， （五）横纹压缩：宏观上看到纤维受压变紧密，微观 上的变化是细胞的横截面变形。 上的变化是细胞的横截面变形。受到的压缩荷载增 变形也增大，超过木材的弹性极限后， 大，变形也增大，超过木材的弹性极限后，木材外 部纤维溃败并变紧密产生永久变形， 部纤维溃败并变紧密产生永久变形，此时内部的纤 维并未受影响。 维并未受影响。
图9-6 针叶材与阔 叶环孔材径 向加压的应 力—应变曲 线图
木材的力学性能
⽊材的⼒学性能1．化学性质化学组成——纤维素、⽊质素和半纤维素是构成细胞壁的主要成分，此外还有脂肪、树脂、蛋⽩质、挥发油以及⽆机化合物等。
⽊材对酸碱有―定的抵抗⼒，对氧化性能强的酸，则抵抗⼒差；对强碱，会产⽣变⾊、膨胀、软化⽽导致强度下降。
―般液体的浸透对⽊材的影响较⼩。
2．物理性质1）含⽔量⽊材中的含⽔量以含⽔率表⽰，指所含⽔的质量占⼲燥⽊材质量的百分⽐。
⽊材内部所含⽔分，可分为以下三种。
（1）⾃由⽔。
存在于细胞腔和细胞间隙中的⽔分。
⾃由⽔的得失影响⽊材的表观密度、保存性、燃烧性、抗腐蚀性、⼲燥性、渗透性。
（2）吸附⽔。
被吸附在细胞壁内细纤维间的⽔分。
吸附⽔的得失影响⽊材的强度和胀缩。
（3）化合⽔。
⽊材化学成分中的结合⽔。
对⽊材性能⽆⼤影响。
纤维饱和点——指当⽊材中⽆⾃由⽔，仅细胞壁内充满了吸附⽔时的⽊材含⽔率。
树种不同，纤维饱和点随之不同，―般介于25%～35%，平均值约为30%。
纤维饱和点是⽊材物理⼒学性质发⽣变化的转折点。
平衡含⽔率——⽊材长期处于―定温、湿度的空⽓中，达到相对稳定（即⽔分的蒸发和吸收趋于平衡）的含⽔率。
平衡含⽔率是随⼤⽓的温度和相对湿度的变化⽽变化的。
⽊材的含⽔率：新伐⽊材常在35%以上；风⼲⽊材在15%～25%；室内⼲燥⽊材在8%～15%。
2）湿胀、⼲缩的特点当⽊材从潮湿状态⼲燥⾄纤维饱和点时，⾃由⽔蒸发，其尺⼨不变，继续⼲燥时吸附⽔蒸发，则发⽣体积收缩。
反之，⼲燥⽊材吸湿时，发⽣体积膨胀，直⾄含⽔量达纤维饱和点为⽌。
继续吸湿，则不再膨胀，见图10．7．1。
―般地，表观密度⼤的，夏材含量多的，胀缩就较⼤。
因⽊材构造不均匀，其胀缩具有⽅向性，同―⽊材，其胀缩沿弦向最⼤，径向次之，纤维⽅向最⼩，见图10．7．1。
这主要是受髓线的影响，其次是边材的含⽔量⾼于⼼材含⽔量。
图10．7．1含⽔量对松⽊胀缩变形的影响⽊材长期湿胀⼲缩交替，会产⽣翘曲开裂。
因⽽潮湿的⽊材在加⼯或使⽤前应进⾏⼲燥处理，使⽊材的含⽔率达到平衡含⽔率，与将来使⽤的环境湿度相适应。