(木材的力学性能)
木材的物理力学性能研究
木材的物理力学性能研究木材是人类生活中不可或缺的一部分，它在建筑、家具、包装、运动器材等方面都扮演着重要的角色。
随着对木材使用需求的不断增加，研究木材的物理力学性能也变得越来越重要。
本文将重点探讨木材的物理力学性能研究。
首先，让我们了解一下木材的组成结构。
木材主要由纤维素、半纤维素和木质素三种成分构成。
其中，纤维素是木材的主要成分，它占据了木材的50%以上。
由于木材的这种特殊构成，导致了它拥有优异的物理力学性能。
第一种木材的物理力学性能是弹性模量。
弹性模量又称为杨氏模量，是表示材料抵抗形变能力的一个重要指标。
材料的弹性模量越大，表示材料越难形变。
而木材的弹性模量非常高，比较硬的木材可以达到100GPa以上。
这意味着，即使面对强大的力量作用，木材也不容易变形，保持其原有形态。
第二种木材的物理力学性能是抗拉强度。
木材在受到拉力作用时，会出现拉伸变形，且很容易出现拉断现象。
抗拉强度是表示木材轴向上最大承受拉力的指标。
在木材表面纤维的拉伸条件下，抗拉强度可以很大程度上体现木材的物理力学性能。
事实上，由于木材的结构独特，它可能在某些情况下比钢更强。
第三种木材的物理力学性能是硬度。
木材的硬度涉及到木材表面的耐磨性，即当木材表面受到异物磨损时，木材能否抵御损害。
硬度的另一方面体现在木材的耐冲击性上。
除了纵向外，木材的横向物理力学性能同样值得注意。
很多人认为，木材是一种不稳定的构材。
确实，在湿度、温度等自然条件的变化下，木材的物理力学性能可能会发生一些变化。
这是由于木材中的半纤维素和木质素成分具有可塑性和膨胀性。
因此，在设计和使用木材的时候，需要考虑到木材的这种不稳定性，采取相应的可调节措施。
当然，除了上述性能外，木材还有其他的物理力学性能。
如压缩性能、剪切性能、挠曲性能等。
通过研究这些木材的物理力学性能，人们可以更好地利用木材，在建筑、制造等领域发挥更大的作用。
总之，木材是一种优良的构材，其物理力学性能在很多方面都很突出。
不同树种的木材物理力学性能汇编
不同树种的木材物理力学性能不同树种的木材物理力学性能包括：弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。
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。
树木是人类繁衍延续到今天的必要条件。
它靠空气、水和阳光存活，通过一系列化学反应，形成树木肢体的物理变化，为人类营造出了天然的乐园。
“碳”是形成木材物理力基础。
树木在生长发育过程中，形成了高度发达的营养体。
水分及营养液等流体的输运现象始终伴随着树木营养生长的生理过程。
树木由树梢沿主轴向上生长（高生长），也在土壤深处向下生长（根生长），中间的树干部分沿着径向生长。
前一年形成的树干部分到了次年不会再进行高生长。
树木从天上接受阳光的沐浴，到地下去寻觅水分，把原料从树根输送到叶片。
由叶子制造养分，将养分向下输送，供给树木生长需要。
这样，树木生长过程中，形成了非常协调完备的水分及养分的输送系统。
一株红杉（美）树高达112米，一株杏仁桉（奥）树竟高达156米，一株银杏（中）树龄达3000年，一株世界爷（美）树龄竟达7800年。
那么对于如此高大、如此年久的树木，体内各种物质（水、矿物质、可溶性碳水化合物和激素等等）是它的最外层是树皮（外皮），树皮里边一层是韧皮部（也叫内皮），经它将营养液由叶部输送到树木的其他部分（包括根在内）。
再向内一层是形成层，它的细胞不断分裂，使树木沿径向生长而不断加粗。
再往里是边材和心材，即木质部，木质部中被叫做导管的细胞组织，它将树液输送到茎和叶部。
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。
木材的抗震与抗风性能
木材的韧性：木材在受到外 力作用时，会产生塑性变形， 但外力消失后，木材会保持 变形后的形状。
木材的弹性：木材在受到外力 作用时，会产生形变，但外力 消失后，木材会恢复原状。
木材的抗震性能：木材的弹性 和韧性使其在受到地震等自然 灾害时，能够吸收和分散能量，
降低建筑物的破坏程度。
木材的抗风性能：木材的弹 性和韧性使其在受到风荷载 作用时，能够吸收和分散能 量，降低建筑物的破坏程度。
木材在建筑中的 应用：广泛应用 于抗风建筑中， 如木结构房屋、 桥梁等
木材的抗风性能：轻质高 强，抗弯抗压
木材在建筑中的应用：墙 体、屋顶、地板等
木材在抗风建筑中的优势： 易于加工，可塑性强
木材在抗风建筑中的挑战： 防水、防火、防蛀等问题
绿色建筑：环保、节能、 可持续的建筑
木材的特性：可再生、 可降解、低能耗
木材复合材料：将木材与其他材 料复合，提高木材的综合性能
木材结构优化：通过优化木材的 结构，提高其抗震与抗风性能
木材防护处理：对木材进行防护 处理，提高其耐久性和抗风化性 能
汇报人：
木材的强度：木材的抗拉、 抗压、抗弯等力学性能
木材的重量：木材的密度 和体积
强度与重量比的关系：强 度与重量成正比，即强度
越高，重量越大
木材的抗震性能：强度与 重量比越高，木材的抗震
性能越好
木材的弹性和塑性：木材 在受力时能吸收能量，减
少地震和飓风的破坏
木材的纤维结构：木材的 纤维结构使其具有较高的
物理处理： 通过加热、 加压等方 法改变木 材的微观 结构，以 提高木材 的强度和 稳定性
复合处理： 结合化学 处理和物 理处理， 以达到更 好的强化 效果
强化处理 的效果评 估：通过 实验和实 际应用， 评估强化 处理对木 材抗震与 抗风性能 的改善程 度。
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。
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。
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。
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Some of the most important mechanical properies of wood products rea listed in Table10.1
Force,expressed on the basis of unit area or volume,is known as a stress(应力). The measure of distortion resluting from applied stress is known as strain.(应变) Figure10.2 illustrates stress and strain in a wood test specimen under compression parallel to the grain. The element catalogies of stress are :tensile stress(拉应 力),compressive stress(压应力),bend stress(弯曲应力),torsinal stress (扭转应力), shear stress(剪切应力) and so on.
If ideal elastic behaviour is attributed to rubber,then a loading – underloading .cycle can be carried out without energy loss,and time is not a factor.For wood and other elastic-plastic materials a stress-strain cycle as in Fig7.27 takes palce.Thermodynamically the area of loop C’D’F’A’repreasents the energy loss during the entire cycle.
The anisotropy od coniferous woods is much more prounced than that of broad-leaved woods:this is sepecially valid for the quadrant z-x,as Fig.7.3
2.3 Influences Affecting the Elastic Properties of Wood (影响木材弹性的 因素)
P
⊿L
L
2 Elastictity ,Plasticity ,and Creep(弹性，塑性，蠕变)
2.1 Hooke’s Law(虎克定 理),Modulus of Elasticity (弹性模量) Hooke’s law states that the strainεis proportional to the stressσ: ε= α.σ where α= ε/σis a compliance ,i.e.,the strain per unit stress.In the technical literature normally the reciprocal value 1/ α=E is used.
(1) Grain Angle
2.4 Plasticity and Creep(塑性和蠕变)
(1) Stress-strain Behaviour Hooke’s law cannot be expected to be valid in a wide range for such comparatively complicated materials as wood and other natural high polymers.The stress-strain diagram is therefore not the same as for an ideal elastic body.
3.2 Effect of Specific Gravity on Strength of Wood(比重对强度的影响)
The specific gravity of wood,because it is a measure of the relative amount of solid cell wall material ,is the best index that exists for predicting the strength properties of wood. In general terms,without regard to the kind of wood,the relationship between specific gravity and strength can be expressed by the equation :S=K where S is any one of the strength propertise,K is a proportionality constant differing for each stength property,G is the specific gravity ,and n is an exponent that defines the shape of the curve representing the relationship.
E is called the modulus of elasticity(弹性模量) or Young’s modulus.(杨氏模量)
2.2 Rhombie Symmetry of wood (木材的正交对称性),Anisotropic Nature of Wood(各向异性), Systems of Elastic Constants(弹 性体)
(2) Creep and Creep Recovery Wood ,according to the present present experimental results and results ,possesses both elastic as well as plastic properties .
1 Stress(应力) and Strain(应变)
1.1 Definition of Stressand Strain(应力和应变的定义)
tensile stress Ｐ
Ｐ
Ｐ
compressive stress
shee relationship between strain and stress(应力与应变的关系)
Professor WU Yiqiang
Chapter 7
Mechanics Properties of Wood
(木材的力学性能)
Structural applications of wood products are omnipresent in today’s society， and Figure 10.1 shows two such applications.
As has been shown above , wood is an anisotropic material but the trunk of a tree
consists more or less of concentric
cylindrical shells thus imparting a cylindrical symmetry to the wood.The symmetry is reflected in most physical properties of the wood as in of the elastic properties ,the strength values ,the thermal and electrical conductivity values.
Fig 6-6 presents curves for three important strength properties at two levels of moisture content.
The relationship of strength to specific Gravity seen Tab10.2 . The effective of wood in resisting any particular form of applied force is a function not only of the total amount of the wall material,but of the proportions of the cell wall components found in a given piece,and also of the amount of extractives in the cell lumen..A measure of the efficiency of the wood to resist stress is given by an index called the specific strength which is the ratio of strength to specfic gravity.This index is general terms as the weight-strength ratio(比强度)
If the stress always acts only in one direction and if the stress-strain cycles are repeated,then the permanent set may beincreased as can be seen from Fig.7.28
3 The Strength of Wood (木材强度)
3.1 Definition of Strengh(木材强度的定义)
The resistance of the body to the applied atress is known as the strength of the material. Since there are a number of defferent kinds of stressws ,the strength of the material must be stated in terms of its compressive , tensile ,shear,or bending stregth.