常用木材物理力学性能
强度、韧性和破坏木材力学性质主要指标 - 强度、韧性和破坏,木材力学性质主要指标
8.5 木材的强度、韧性与破坏
(4) 单轴应力下木材的变形与破坏特点
⑤ 顺纹剪切 顺纹剪切分为弦切面和径切面。
➢ 宏观破坏特点 木材纤维在顺纹理的方向发生相互滑移。弦切
面的剪切破坏（剪切面平行于生长轮）常出现于早 材部分，破坏面较光滑。径切面剪切破坏（剪切面 垂直于年轮），表面较粗糙。
木材还有许多微（内部）破坏，如木材干燥 时出现的皱裂、干裂；伐倒木出现的压裂；防腐 加压浸注时的纹孔破裂等。
8.5 木材的强度、韧性与破坏
(3) 木材的破坏
②木材破坏的原因 从细胞壁结构和细胞壁物质结构性质来看，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
➢ 微观变化 细胞的横截面变形，当压缩载荷足够大时，这
种变形将继续扩大，直至载荷超过木材的弹性极限 后，木材外部纤维溃坏，并变得紧密，产生永久变 形。外部纤维破坏最大，也压得最紧密。
8.5 木材的强度、韧性与破坏
(4) 单轴应力下木材的变形与破坏特点 ③ 顺纹拉伸
讨论：
木材主要力学性能指标有哪些？
8.6 木材主要力学性能指标
抗压强度 抗拉强度 抗弯强度和抗弯弹性模量 抗剪强度 冲击韧性 硬度 木材工艺力学指标
8.6 木材主要力学性能指标
力学性能指标分类
➢根据外力种类划分：压缩强度、拉伸强度、抗弯 强度、抗剪强度、扭曲强度、冲击韧性、硬度、 木材工艺力学指标等。
教学内容
8.1 应力与应变 8.2 木材的弹性 8.3 木材的黏弹性 8.4 木材力学性质的特点 8.5 木材的强度、韧性与破坏 8.6 木材主要力学性能指标 8.7 影响木材力学性质的主要因素 8.8 木材的容许应力
木材力学性能的检测与分析研究
木材力学性能的检测与分析研究木材在建筑、家具制造等方面有着广泛的应用。
然而，不同种类的木材具有不同的力学性能，这直接关系到其使用寿命和使用效果。
因此，对木材的力学性能进行检测与分析研究具有重要的意义。
一、木材力学性能检测方法1. 弯曲强度测试弯曲测试常用于表征木材的强度和坚固度，可以通过测定弯曲载荷和弯曲位移获得相应的参数。
2. 抗压强度测试抗压测试可以测量木材在受压力作用下的强度。
压缩试验中，木样通常被置于试验机之下，沿木材长度方向卸载，以测量材料在受压状态下的强度。
压缩测试还可以测量木材的纵向变形率。
3. 抗拉强度测试拉伸试验可以测量木材的抗拉强度和弹性模量。
在该测试中，材料被拉伸，并通过暴露样品的两端来应用外部力。
4. 剪切强度测试剪切测试会测量材料沿剪切面抵抗踩踏和分裂的能力。
剪切测试让木材在机器之下部分剪断，通过测量所需的切割力来测定木材剪切强度。
二、影响木材力学性能的因素1. 木材年轮木材年轮认为是一种显著的木材力学性能因素。
纵向拉伸试验等工业测试表明，木材的年轮会影响它的拉伸强度和其底杆点。
2. 木材物种不同种类的木材由不同的树种遗传，以及生长环境变因，因此，不同种类的木材具有着不同的性能。
松木是一种轻质木材具高硬度、高强度、高韧性，是建筑和工业用材的优选。
激素树、榉树等是高雅的家居木材，其触感具有细腻、光滑、挺拔等特点。
3. 湿度木材不锈柿将会随着环境湿度发生变化，湿度过高或过低都会导致木材吸收或释放水份，会影响它的大小和形状以及相对的力学性能。
4. 微观结构微观结构也是一种影响木材力学性能的因素，如木材横向壁厚比例及孔隙率等，都会影响它的强度和韧性等综合性能。
三、木材力学性能分析通过上述方法检测不同种类、不同生长环境和不同干燥要求的木材力学性能，我们也可以对其进行分析。
分析的方式有很多种，从简单的屈服点分析，到详细的材料模拟和流场仿真分析。
1. 屈服点分析在材料力学中，材料屈服点有着重要的意义。
木材力学性能(参考)
及含水率有关。
（3）蠕变与松弛对工程的影响
（4）木材蠕变特性研究简介
木材的蠕变特性曲线是一 粘弹性曲线。
(t ) J (t ) 0
木材的蠕变变形由三个部 分组成：
第一部分 是由木材内部高度结晶的微纤丝构架而引起的 弹性变形，这种变形是瞬间完成；
（4）木材蠕变特性研究简介
第二部分是链段的伸展而 引起的延迟弹性 变形，这种变形 是随时间而变化 的； 第三部分是高分子的相 互滑移引起的 粘性流动。
木材横纹抗压强度测定试样与受力方向 1-径向全部抗压 2-径向局部抗压
针叶材及阔叶树环孔材径向受压 时应力与应变间的关系
5.2.3 木材的抗弯强度
5.2.3.1 木梁承受弯曲荷载时应力的分布特点 木材抗弯强度是指木材承受逐渐施加弯曲荷载的最大能力， 可以用曲率半径的大小来度量。它与树种、树龄、部位、含 水率和温度等有关。 木材抗弯强度亦称静曲强度，或弯曲强度，是重要的木材力 学性质之一，主要用于家具中各种柜体的横梁、建筑物的桁 架、地板和桥梁等易于弯曲构件的设计。静力荷载下，木材 弯曲特性主要决定于顺纹抗拉和顺纹抗压强度之间的差异。 因为木材承受静力抗弯荷载时，常常因为压缩而破坏，并因 拉伸而产生明显的损伤。对于抗弯强度来说，控制着木材抗 弯比例极限的是顺纹抗压比例极限时的应力，而不是顺纹抗 拉比例极限时应力。
五种家具常用木材弹性常数及力学性能参数的测定
材 的主要力 学性能指标包括压 缩强度 （ 含顺纹抗压 强
度、 横纹抗 压强度 、 局部 抗压强度 ）拉伸 强度 （ 、 含顺 纹 抗拉强 度 、 横纹抗拉强度 ）抗 弯强度及抗弯 弹性模 量 、 、 抗剪强度 、 曲强度 、 扭 冲击韧性 、 硬度 、 劈力等。 抗
张 帆。 李 黎， 张 立， 徐 卓
（ 北京林业大 学材料科 学与技术 学院， 北京 １０ ８ ） ０ ０ ３
摘
要 ：采 用电测法和三点弯曲法对 ５种 家具 常用木材 的弹性 常数及主要 力学性 能参数进行 了试验测 定 ， 并
根 据木材的正 交异性原理对试验 结果进行 了统计分析。对木材物理 力学性能参数测定 的试验 方法进行研 究和探
ｕ ｅ ห้องสมุดไป่ตู้ｎ ｆ ｒ ｉ ｒ ｓｃ ｎ ｕ ｔｄ ｕｓｎ ｎ ｅｅ ｔｉａ ａ ｕ ｅ ｎ ｔ ｏ ｎ ｈ ｅ ｏｎ ｅ ｄｎ ｔｏ ｎ ｔｔｓｉａ ｓ ｄ ｉ ｕ ｎ ｔ ｅｉ ｏ ｄ ｃｅ ｉ ｇ ａ ｌｃｒｃ ｌｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｍｅｈ ｄ ａ ｄ ａ ｔｒ ｅ ｐ ｉ ｔｂ ｎ ｉｇ ｍｅｈ ｄ ａ ｄ ａ ｓａｉｔｃ ｌ ｕ ａ ａｙ ｉ ｏ ｅｔｓ ｅ ｕ ｔ ｓｍａ ｅａ ｃ ｒ ｉ ｇｔ ｈ ｒ ｏｒ ｐｃｐ ｉｃｐ ｅｏ ｏ ． ｈ ｅ ｔｍｅｈ ｄｆｒｄ ｔｒ ｎｎ ｈ ｈ ｓｃ ｌ ｎ ｌｓｓ ｆ ｔｒ ｓ ｌ ｉ ｄ ｃ ｏｄ ｎ ｔ ｅｏ ｔ ｔｏ ｉ ｒｎ ｉｌ ｆ ｔ ｅ ｈ ｏ ｈ ｗｏ ｄ Ｔ ｅｔ ｓ ｔｏ ｏ ｅｅｍｉ ｉｇｔ ｅｐ ｙ ｉａ
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不同树种的木材物理力学性能
树木是木材的原体，是由它本身生命生存与繁衍的整个生长过程,积累了成为不同木材的物质，直到生命自然终结,或被认为终结生命，而成为被利用的材料。树木是木质多年生植物,通常把它分为乔木和灌木两种。乔木是l．3米以上,只有一个直立主干的树木;灌木是直立的、具有丛生茎的树木。我国现有木本植物约７00０多种，属乔木者约占1／３以上,但是作为工业用材而供应市场的只不过10０0种，常见的约3００种。
树木所需的水分几乎全部由根系(吸水器官）吸取，并沿木质部（从根部到叶部)向上长距离移动。那么，水分是靠什么动力来提升的呢？研究结果表明,动力有两种：一种是根压,另一种是蒸腾拉力。这两种力，在积累过程中，转化成木材的力。
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。
5．木材抵抗剪切应力的最大能力,称为抗剪强度。木材抗剪强度视外力作用于木材纹理的方向，分为顺纹抗剪强度和横纹抗剪强度。在实际应用中发生横纹剪切的现象不仅罕见，而且横纹剪切总是要横向压坏纤维产生拉伸作用而并非单纯的横纹剪切，因此通常不作为材性指标进行测定。木材的横纹抗剪强度为顺纹抗剪强度的3-4倍。木材的顺纹抗剪强度视木材受剪面的不同，分为弦面抗剪强度和径面抗剪强度,如图。剪切面平行于年轮的弦面剪切,其破坏常出现于早材部分,在早材和晚材交界处滑行,破坏表面较光滑,但略有起伏,面上带有细丝状木毛。剪切面垂直于年轮的径面,剪切破坏时,其表面较为粗糙，不均匀而无明显木毛。在扩大镜下,早材的一些星散区域上带有细木毛。
木材物理力学试验方法总则
木材物理力学试验方法总则木材物理力学试验是评价木材力学性能的一种重要手段。
该试验方法通过对木材样品进行一系列的物理与力学性能指标测试，比如抗弯强度、抗压强度、抗拉强度、剪切强度、硬度、弹性模量等，从而对木材的力学性能进行评估和掌握，为木材在结构设计和应用中的合理选择提供科学依据。
1.试样的制备与准备：2.试验设备与仪器的选择与检定：选择与试验指标相符合的试验设备与仪器，并确保其精度、准确性和可靠性。
在试验之前，需要对设备与仪器进行检定与校准，确保其符合标准要求。
3.试验环境与控制：对于木材物理力学试验，需要在标准的试验环境下进行。
试验环境的相关要求包括温度、湿度等。
在试验过程中，采取适当的措施来控制试验环境的稳定性，确保试验结果的可比性和准确性。
4.试验方法与步骤：根据试验指标的需求，确定相应的试验方法与步骤。
试验方法主要包括试验参数的设定、试验负荷或载荷的施加方式、试验速度等。
试验步骤主要包括试样安装、试验前的预载机构设定、载荷施加与记录数据、试验后的数据处理与计算等。
5.试验结果的分析与评价：根据试验数据对木材的力学性能进行分析与评价，比如计算强度、模量等指标，并利用统计学方法对试验结果进行处理与推断。
6.试验结果的报告与解读：将试验结果整理成报告，并对试验结果进行解读和分析。
报告中需要详细记录试验标准、样品情况、试验环境、试验方法与步骤、试验数据等，确保试验过程的可追溯性。
木材物理力学试验方法总则的制定要参考国家标准、行业标准、国际标准以及木材科学技术的最新研究成果。
同时，也需要根据不同场合和实际需要，灵活调整试验方法的具体要求，以确保试验方法的科学性、可靠性和适用性。
试验中应注重安全，遵守试验操作规程，合理利用试验数据，推动木材科学技术的进一步发展和应用。
木材的纤维结构与力学性能分析
木材的纤维结构与力学性能分析木材作为一种常见的建筑材料，广泛应用于建筑、家具制造、造船和纺织等领域。
了解木材的纤维结构与力学性能对于合理利用木材、提高产品质量具有重要意义。
本文将从木材的纤维结构以及与之相关的力学性能两个方面进行详细的分析和讨论。
一、木材的纤维结构木材的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，其中纤维素是木材的主要强度成分。
纤维素是由一种叫做纤维的细胞组成的，这些细胞排列成纵向的纤维束。
纤维束是构成木材的基本结构单位，也是木材力学性能的主要来源。
木材的纤维束呈螺旋状排列，这种排列方式赋予了木材较高的抗张强度。
在受力时，纤维束能够相互协作，以承受外力。
此外，纤维束内部还存在许多纤维单元，它们具有各向同性的特点，从而增加了木材的抗弯强度。
通过合理利用这些结构特点，可以最大限度地提高木材的力学性能。
二、木材的力学性能1. 抗压强度：木材受到压力作用时的抵抗能力被称为抗压强度。
由于木材的纤维结构，使得其在承受压力时能够分散应力，并具有相对较高的抗压强度。
2. 抗拉强度：木材受到拉力作用时的抵抗能力被称为抗拉强度。
由于木材的纤维束排列具有较高的抗张特性，使得木材在承受拉力时具有较高的抗拉强度。
3. 抗弯强度：当木材受到弯曲作用时，其所能承受的最大弯曲应力称为抗弯强度。
木材内部的纤维束结构和纤维单元的存在使得木材具有较高的抗弯性能。
4. 抗剪强度：木材受到剪切力作用时的抵抗能力被称为抗剪强度。
木材纤维束的存在能够提高木材的抗剪性能。
5. 弹性模量：弹性模量是衡量材料抵抗变形的能力。
对于木材而言，弹性模量较高，即具有较好的抗变形能力。
6. 密度：木材的密度是指单位体积的木材所含质量。
通常情况下，木材的密度与其力学性能有着一定的关系。
具有较高密度的木材通常具有较好的力学性能。
通过对木材的纤维结构和力学性能的分析，我们可以看出木材的纤维结构是其力学性能的重要原因之一。
了解木材的纤维结构和力学性能有助于我们更好地利用木材，提高产品质量，合理选择使用木材的场合。
木材结构材料的力学性能评估
木材结构材料的力学性能评估木材是一种常见的建筑材料，由于其天然、环保、易加工等优点，广泛应用于各个领域。
然而，不同种类、不同等级的木材在力学性能方面存在着很大的差异，因此需要对其进行力学性能评估，以确定其适用范围和强度等级。
第一部分：木材结构及其力学性能木材是由纤维素、半纤维素和木质素等成分组成的生物高分子材料，通过细胞壁的纤维素和木质素组成的复合材料结构使得其具有较好的力学性能。
木材具有纵向、横向和剪切三个方向的力学性能，其总体强度主要由纵向成分决定。
纵向强度是指木材在纵向载荷下的承受能力，也是最主要的一种力学性能。
其决定因素包括材料的密度、结构和水分含量等。
横向强度是指木材在侧向载荷下的承受能力，主要取决于木材的质量和结构。
剪切强度是指木材在剪切载荷下的承受能力，主要由木材的密度和纤维方向决定。
第二部分：木材力学性能评估方法确定木材的力学性能主要有两种方法：实验方法和计算方法。
实验方法是通过对各种木材材料进行实验测试得出其力学性能的方法。
包括拉伸、压缩、弯曲、剪切等多种试验，通过得出力学性能指标如弹性模量、抗压强度、抗弯强度、剪切强度等数据来评估木材的性能。
该方法精度高、可靠性强，但需考虑实验设备和材料的成本等因素。
计算方法是根据木材的结构、密度和水分含量等因素进行理论计算，并得出其力学性能指标的方法。
其中比较重要的是弹性模量及其常数，其反映了材料在受力后弹性变形的程度和能力，常数决定了其强度等级。
这种方法在教育和科研方面有实际应用，但需要考虑计算精度及其实用性等问题。
第三部分：木材力学性能表征木材的力学性能指标是评估其质量和强度的重要标志。
常见的指标包括弹性模量、抗压强度、抗弯强度和剪切强度等。
弹性模量是指材料在受到载荷作用后，产生弹性变形的抵抗力。
抗压强度是指材料在受到压缩载荷作用后，能够承受的最大应力。
抗弯强度是指材料在受到弯曲载荷作用后，材料最大的承载能力。
剪切强度是指材料在受到剪切载荷作用后，能够抵抗的最大剪切应力。
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径向
弦向
福建柏
15.0
II
I
II
II
II
II
II
III
银杏
15.0
II
II
II
II
II
III
III
III
冷杉
15.0
I
III
IV
II
III
II
II
杉松冷杉
15.0
II
II
II
II
II
II
I
I
云南油松
15.0
II,III
II
III,IV
II,III
II,III
III
II
II
落叶松
15.0
III,IV
IV
IV
III
IV
非洲紫檀
15.0
III
III
III
IV
II
III
III
简状非洲楝
15.0
III
III
III
III
V
III
III
红卡雅楝
15.0
II
II
II
II
IV
II
II
非洲毒箭木
15.0
II
II
III
III
III
I
I
毒籽山榄
15.0
IV
IV
III
V
II
IV
树种
试验时含水率/%
气干密度/（g/cm3）
II,III
II,III
IV
青冈
15.0
IV
III,IV
IV
V
IV,V
水青冈
15.0
IV
III
III
IV
III
麻栎
15.0
IV
III,IV
III,IV
III~V
IV
白栎
15.0
IV
III
III,IV
IV
V
柞木
15.0
III,IV
II,III
III,IV
III,IV
IV
枫香
15.0
III
II,III
II.III
干缩率/%（生材—气干）
顺纹抗压强度/MPa
抗弯强度/MPa
抗弯弹性模量/GPa
顺纹抗剪强度/MPa
端面硬度/N
径向
弦向
猴子果
15.0
III
III
IV
III
III
III
III
欧洲水青冈
15.0
III
V
V
III
II
II
V
铅笔柏
II
II
I
II
II
I
II
美国西部落叶松
II
V
V
III
II
III
II
白云杉
II
V
III
III
IV
II
III
四川红杉
15.0
II
III
IV
II
II
III
II
II
云杉
15.0
I,II
II
III
I,II
I,II
I,II
I
I
湿地松
15.0
III
III
III
II
II
III
I
II
红松
15.0
II
II
III
II
II
III
II
I
广东松
15.0
II
II
III
II
III
III
II
II
马尾松
15.0
II
III
II
III
II
II
糖松
II
I
II
II
II
II
II
西部黄松
II
II
II
II
II
II
II
北美黄杉
II
III
III
III
III
III
II
加拿大铁杉
II
II
III
II
II
II
II
北美红杉
II
I
I
III
II
II
II
红花槭
II
II
II
III
III
III
IV
III
美洲栗
III
II
III
III
III
III
IV
IV
IV
III
IV
白榆
15.0
III
II
II
II,III
III
榉树
15.0
IV
III
IV
III
IV
2
印尼漆
15.0
II
I
I(II)
II
I
II
II
I
人面子
15.0
III
I
II
II
II,III
III
III,IV
II,III
芒果
15.0
I
I
II,III
II,III
III,IV
III,IV
IV
竹桃
15.0
II
III
II
II
II
I,II
II
黄婆罗双
15.0
II
II
II
III
II
II
II,III
II
白婆罗双
15.0
II,III
II
II
II,III
II
II,IV
II,III
III
树种
试验时含水率/%
气干密度/（g/cm3）
干缩率/%（生材—气干）
顺纹抗压强度/MPa
抗弯强度/MPa
抗弯弹性模量/GPa
顺纹抗剪强度/MPa
III
III
美国水青冈
III
IV
V
III
III
III
IV
白栎
IV
IV
V
III
III
III
IV
北美红栎
III
II
III
III
III
III
IV
IV
胶皮枫香树
IV
V
III
II
III
III
黑核桃木
III
III
III
III
III
IV
IV
IV
北美鹅掌楸
II
III
IV
II
II
III
II
II,III
II
II
II
III
柚木
15.0
II,III
II
II
II,III
III
III
III
III
南美蚁木
15.0
V
V
IV
V
V
V
轻木
15.0
I
I
III
I
I
I
巴西黑檀
15.0
IV
IV
IV
III
奥克榄
15.0
II
III
II
II
V
II
乌木
15.0
V
V
V
V
IV
V
缅茄木
15.0
IV
I
I
V
IV
IV
IV
双雄苏木
15.0
II,III
II,III
II,III
III,IV
鹅掌楸
1ห้องสมุดไป่ตู้.0
II,III
II
II
III
III
苦楝
15.0
II,III
II
II,III
II
II,III
水曲柳
15.0
III
III
III
III,IV
III
小叶杨
15.0
II
I,II
I,II
I,II
II
山杨
15.0
II
I,II
I,II
III
I,II
拟赤杨
15.0
端面硬度/N
径向
弦向
平滑婆罗双
15.0
V
II
II
V
V
V
V
V
吉索婆罗双
15.0
IV
III
IV
V
V
V
IV
青梅
15.0
IV
II
II,III
IV
IV
V
IV
石栎
15.0
IV
III
III
IV
V
IV
海棠木
15.0
III
V
IV
II,III
III
II,III
IV
IV
铁力木
15.0
V
V
V
V
V
V
坤甸铁木
15.0
V
IV
IV,V
＜2.0
＜5.0
＜3.0
≤2.9
≤54.0
≤7.4
≤6.5
≤2500
II
0.31~0.45