《木材的力学性质》
木材的物理力学性质
影响木材强度的主要因素
✓ 2.环境温度的影响：木材受热时，木纤维中的胶体渐渐软化， 产生强度下降，因此长期在50度的建筑部位，不宜采用木材。
✓ 3 .外力作用时间的影响： 木材在外力的长期作用下，其持久强度是短时间极限强度的 50%~60%； ✓ 4.缺陷的影响： 木材的缺陷，如木节、裂纹，腐朽和虫害，对木材的力学性质 影响也是很明显的。
1.2 湿胀干缩
木地板拼缝不严
某住宅4月份铺地板，完工后尚满意。但半年 后发现部分木地板拼缝不严，请分析原因。
当木板材质较差，而当时其含水率较高，至秋季木块 干缩，而其干缩程度随方向有明显差别，故会出现部分木 板拼缝不严。此外，若芯材向下，裂缝就更明显了。
1.3 木材的强度
• 木材的强度表现为各向异性，顺纹抗拉强度 为最大，抗弯、抗压、抗剪强度，递减。
建筑材料与检测
1.1 木材的含水率
• பைடு நூலகம்材中的水分
木材中的水分
存在部位
蒸发顺序
自由水
存在于细胞腔和细胞间隙中
首先蒸发
吸附水
存在于细胞壁中
在自由水蒸 发后，蒸发
化合水
以化学结合水的形式存在
• 平衡含水率
当木材的含水率与周围空气相对湿度达到平衡时的含水率
• 纤维饱和点含水率
➢ 当木材中细胞壁内被吸附水充满，而细胞腔间隙中没有 水时，此时的含水率称为纤维饱和点。
建筑材料与检测
7木材力学性质
弹性模量 E = σ / ε
弹性模量的意义：在弹性范围内， 物体抵抗外力使其改变形状或体 积的能力。是材料刚性的指标。
木材的拉伸、压缩、静曲弹性 模量大致相等。但压缩弹性极限 远小于拉伸弹性极限.
拉伸 压缩
图8-1 应力－应变曲线
分子表示横向应变，分母表示轴向应变。
2 木材的正交对称性与正交异向弹性
(1) 正交异向弹性 木材为正交异性体。弹性的正交异性为正交异向弹性。
(2) 木材的正交对称性
木材具有圆柱对称性，使它成为近 似呈柱面对称的正交对称性物体。符合 正交对称性的材料，可以用虎克定律来 描述它的弹性。
木材正交对称性
方程中有3个弹性模量、3个剪切弹性模量和3个泊松比。 可以用9个独立的弹性常数来反映木材的正交异向性. 不同 树种间的这9个常数值是存在差异。
木材是高度各向异 性材料，木材三个 主方向的弹性模量 即EL>>ER >ET。
木材正交异向性表现在P190
几种木材的弹性常数
材料
密度 含水
EL
g/cm3 率% MPa
ER MPa
ET MPa
GLT MPa
GLR MPa
GTR MPa
μRT
μLR
μLT
针叶树材
云杉
0.390 12 11583 896 496 690 758 39 0.43 0.37 0.47
Softening temperature of the wood components
Components of wood
cellulose
Softening temperature（ ℃ ）
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。
第六章 木材力学性质
第六章木材力学性质木材力学性质基本慨念与特点、主要力学性质种类及其测定方法和木材允许应力的确定原理。
6.1 木材力学性质有关的基本概念6.2 木材主要力学性质测定原理与方法6.3 影响木材力学性质的因子6.4 木材容许应力及其确定方法木材力学性质是指木材抵抗使之改变其大小和形状外力的能力，也即木材适应外力作用的能力。
现实生活中使用木材大都是利用木材力学性质，例如枕木承受横纹抗压，日用家具中桌、椅、板凳等用品的腿承受顺纹压缩荷载，建筑物上洐架、家具横梁承受弯曲载荷；枪托用材要求重量适中，弹性大，缓冲性能好。
农业机具要求耐磨，硬度大等。
木材的力学性质主要分为弹性、塑性、蠕变、松弛、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，其中以抗弯强度和抗弯弹性模量、抗压强度、抗剪强度及硬度等较为重要。
木材力学性质的测定要破坏试样的完整性下，多数性状测定其达到破坏状态时所能承受的最大外力；而处于使用状态下的木材，其所受外力要比其破坏状态时所能承受的最大外力小得多。
木材是生物材料，其构造导致木材的各向异性，因此木材的力学性质也是各向异性的，这与各向同性的金属材料和人工合成材料有很大的不同。
例如木材强度视外力作用于木材纹理的方向，有顺纹强度与横纹强度之分；而横纹强度视外力作用于年轮的方向，又有弦向强度与径向强度之别。
因此学习木材力学性质，掌握其材料的特性，对合理使用木材有着重要意义。
补充阅读资料：材料力学木材是生物质高分子材料，其力学性质主要取决于细胞壁结构特点和木材主要化学成份纤维素、木素和半纤维素的化学键结合特点与排列方式以及外力作用于木材的方式等。
前面木材解剖和木材化学性质知识的掌握对于本章的学习有很大的帮助。
有关物体承受拉、压、弯、剪切等受力分析是木材力学的基础，可参阅有关《材料力学》教材基础部分。
另外，由于木材属于高分子有机材料，木材力学性质带有高分子材料学的特点，因此学完本章后，有兴趣的同学可进一步阅读高分子材料方面的教材。
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。
《木材的力学性质》PPT课件
❖ 按作用力方向分为顺纹和横纹。横纹又可分为弦向和径向
❖ 按工艺要求分有抗劈力、握钉力、弯曲能力和耐磨性等
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3
9.2 木材力学的各项异性
❖ 强度的各项异性：轴向拉伸强度 >>径向拉伸强度 >弦向拉 伸强度 （即：拉伸强度纵向远远大于横向，而径又大于弦 向。 ）
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4
）
表9-1 几种材料的弹性常数（E和G的单位：N/mm2）
图9-3 木材的应力松弛曲线
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8
9.4 木材的各种力学强度
❖ 抗压强度 ❖ 抗拉强度 ❖ 抗剪强度 ❖ 抗弯强度和抗弯模量 ❖ 冲击韧性 ❖ 硬度 ❖ 抗劈力
精选课件素
图9-4 温度和含水率对松木极限强度的影响 A—顺纹抗拉 B—顺纹抗压
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10
纹理方向的影响
ET）大得多，各向异性程度（de-gree of anisotropy）介
于18－60，有些木材的各向异性程度甚至高达182
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6
9.3 木材的粘弹性
❖ 木材的蠕变：在恒定的应力 作用下，木材的应变随时间 增长而增大的现象。
图9-2 木材的蠕变曲线
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7
❖ 木材的松弛：对木材施加应 力，使之产生一定的应变， 如果要保持该应变，就必须 随时间的推移逐渐减小产生 该应变的应力，这种现象称 为木材的应力松弛，简称为 松弛 。
670
9
15790 1516 827 0.71 0.46 0.51 896 1310 269
750
11 13700 2240 1140 0.75 0.45 0.51 1060 1610 460
390
12 11583 896 496 0.43 0.37 0.47 690 758 39
木材的物理性质
木材的密度与 重量的关系： 木材的密度与 重量成正比， 即密度越大，
重量越重。
木材的密度与 树种的关系： 不同树种的密 度不同，因此 重量也不同。
密度和重量的影响因素
树种：不同树种的密度和 重量不同
年龄：树木年龄越大，密 度和重量越高
湿度：木材的湿度会影响 其密度和重量
温度：温度也会影响木材 的密度和重量
木材的吸湿性可 以吸收声音，降 低噪音
木材的吸湿性可 以吸收热量，保 持室内温度稳定
04
木材的力学性质
弹性模量
定义：木材在受力时抵抗变形 的能力
影响因素：树种、木材的密度、 含水率等
测试方法：拉伸试验、压缩试 验等
应用：木材的强度设计、加工 工艺选择等
抗拉强度
定义：木材抵抗拉伸破坏的能力
影响因素：树种、木材的密度、纹理、含水率等
纹理和花纹的影 响：对木材的强 度、硬度、美观 度等有影响
纹理和花纹的识 别：通过观察木 材的横截面、纵 截面等来识别
木材的缺陷和变异
缺陷：节子、裂纹、腐朽、 虫眼等
变异：颜色、纹理、硬度、 密度等
原因：生长环境、气候条 件、树种差异等
影响：美观度、强度、耐 用性等
THANK YOU
汇报人：
02
木材的导热和导电 性能
导热性能
木材的导热系数：描述木材导热 能力的参数
应用：木材的导热性能在室内设 计中的应用，如地板、家具等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
影响因素：木材的种类、密度、 湿度等
与其他材料的比较：木材与其他 材料的导热性能比较，如金属、 塑料等
导电性能
木材的导电性能：木材是绝缘体， 导电性能较差
杨树木材力学性质
杨树木材力学性质(7)木材力学性质，是木材抵抗外力作用的性能。
木材的力学性质包括木材弹性、塑性、蠕变、抗弯强度、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、冲击韧性、抗劈力、扭曲强度、硬度、摩擦等。
其中顺纹抗压程度、木材抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗剪强度、抗拉强度和冲击韧性等更为重要。
我国48个产地的37种杨树（含山东13种）的木材力学性质测定结果如表2-18-3和表2-18-4所示。
表中就全国与山东产的杨树分别统计和分析。
1、木材顺纹抗压强度沿木材顺纹方向（轴向）缓慢施加压缩荷载，木材所能承受的最大能力，称木材顺纹抗压强度。
木材顺纹抗压强度为木材力学性质中最重要的性质之一。
根据它的强度，可求得木材容许应力，用于设计各种木材受压构件。
从表2-18-4可见， 48种杨树木材顺纹抗压强度值在25.6-51.09Mpa之间，平均值为38.13Mpa。
其中贵州天柱产的响叶杨最大，毛白杨、I －69杨、新疆杨次之；山东产的I-214杨与大关杨、大青杨等最小。
从表2-18-3可见，山东产13种杨树木材顺纹抗压强度值在25.6-38.5Mpa之间，平均值为33.95Mpa。
其中南×毛新杨最大， I-214杨最小。
2、木材抗弯强度（MOR）及抗弯弹性模量（MOE）木材抗弯强度亦称静曲极限强度或弯曲强度，是木材承受横向力（荷载）的能力。
木材抗弯强度亦是木材力学性质中最为重要的性质。
主要用于建筑物梁、屋架、地板等易于弯曲的构件强度的评估。
48种杨树木材抗弯强度值在48.7-96.11Mpa之间，平均值为72.94Mpa。
其中贵州天柱产的响叶杨，最小的为山东产的I-214杨。
而毛白杨、I－69杨、新疆杨MOR也较大，而青海产的青杨、大关杨、大青杨等较小。
从表2-18-3可见，山东产13种杨树木材顺纹抗压强度值在48.7-73.0Mpa之间，平均值为63.73Mpa。
其中I-69杨最大， I-214杨最小。
木材抗弯弹性模量代表木材的弹性或韧度，是木材产生一个一致的正应变所需要的正应力。
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
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 ）。
木材力学性质
表现形式——不仅表现在物理性质方面， 如干缩、湿胀、扩散、渗透、流动、热、 电、声、光和电磁波等性质上；且表现在 力学性质方面，如弹性、强度和加工性能 等。
二 木材的正交对称弹性
1 木材是高度异向性材料。纵向弹性模量远 大于横向，横向中径向大于弦向。 2 木材的剪切模量G，横断面最小，在针叶 树材上尤为明显。 3 木材的弹性模量E和剪切模量G，都有随 密度ρ增加而增加的趋势。 4 木材的泊松比μ，均小于1，与其它材料 相比数值较大。
木材的力学性质
木材抵抗外部机械力作用的能力称木材的 力学性质。 木材力学性质包括弹性、粘弹性、硬度、 韧性、各类强度和工艺性质等。
第一节 木材力学性质的基本概念
一 基本概念
1 弹性和塑性 弹性是物体在卸除发生变形的荷载后， 恢复其原有形状、尺寸或位置的能力。 塑性是物体在外力作用下，当应变增 长的速度大于应力增长的速度，外力消失 后木材产生永久残留变形部分，即为塑性 变形，木材的这一性质称塑性。
⑵ 静载荷产生变形，若其变形速率(连续相 等时间间隔内变形的差值)逐渐降低，则变 形经一定时间后最终会停止，木结构是安 全的。相反，变形速率是逐渐增加的，则 设计不安全，最终导致破坏。
⑶ 所施列荷载低于弹性极限，短期受载即 卸载，能恢复原具有的极限强度和弹性。 ⑷ 含水率会增加木材的塑性和变形，在干、 湿周期含水率变化条件下，各次含水率的 增加在一定荷载下均再呈现新的蠕变量， 它们是可以积累的。任何一个周期中木材 含水率变高时，蠕变量也较高。 ⑸ 温度对蠕变有显著的影响。
二 木材的松弛
1 松弛的概念 使木材这类粘弹性材料产生一定的变 形，在时间推移中能维持此状态，变必须 使产生此变形的应力随时间而逐渐减小， 这种现象称应力松弛。或简称松弛。 2 应力松弛模型及曲线
木材力学性质
力学模型
，
数学模型
根据流变学理论，其任一瞬时的蠕变柔量J（t）为：
J (t ) J 0
t
0
，
J i (1 e
i 1
n
t / zi
)
5.1.5 木材力学性质的特点
5.1.5.1 木材性质的层次性 针叶材阔叶树层次状明显，木材横切面上可以 见到致密的晚材与组织疏松的早材构成年轮而 成同心园状。径切面上早晚材交替为平行的条 纹；弦切面上则交替为“V”形花纹；木材力学 性能各轮多少有点差异。
木材顺纹抗拉力学试样及其受力方向 试验时采用附有自动对直和拉紧夹具的试验机进行，试验以均匀速度加荷，在 1.5-2.0分钟内使试样破坏。顺纹抗拉强度按下式计算。 σw＝P/a.b 式中：P——最大荷载,N； a，b一试样工作部位横断面(cm2)； W一试验时的木材含水率(％)。
5.2.1.2 横纹抗拉强度
5.2.1 木材的抗拉强度
木材顺纹抗拉强度，是指木材沿纹理方向承受拉力荷载 的最大能力。木材的顺纹抗拉强度较大，各种木材平均 约为117.7－147.1MPa，为顺纹抗压强度的2－3倍。 木材在使用中很少出现因被拉断而破坏。
木材顺纹拉伸破坏主要是纵向撕裂粗微纤丝和微纤丝间 的剪切。微纤丝纵向的C-C、C-O键结合非常牢固，所 以顺拉破坏时的变形很小，通常应变值小于1％~3％， 而强度值却很高。
应力：分布内力的集度（N／m2） 应力的基本类型：拉应力、压应力、剪应力
拉应力
Ｐ
Ｐ
σ=P/A
压应力
Ｐ Ｐ
σ=-P/A
剪应力
Ｐ Ｐ Ｐ
Ｐ
τ=P/AQ
6.1.1.2
P
应变
L ⊿L
木材的力学性质
5.2.2 木材的抗压强度
5.2.2.1 顺纹抗压强度 木材顺纹抗压强度是指木材沿纹理方向承受压力荷载的最大才能，主要用于诱导构造材和建筑材的榫接
合类似用处的容许工作应力计算和柱材的选择等，如木构造支柱、矿柱和家具中的腿构件所承受的压力。 木柱有长柱与短柱之分。当长度与最小断面的直径之比小于11或等于11时为短柱，大于11时为长柱，
当梁承受中央荷载弯曲时，梁的变形是上凹下凸，上部纤维受压应力而缩短，下部纤维受拉应力而伸 长，其间存在着一层纤维既不受压缩短也不受拉伸长，这一层长度不变的纤维层称为中性层。中性层 与横截面的交线称为中性轴。受压和受拉区应力的大小与距中性轴的间隔 成正比，中性层的纤维承受 程度方向的顺纹剪力。由于顺纹抗拉强度是顺纹抗压强度的2—3倍，随着梁弯曲变形的增大，中性层 逐渐向下位移，直到梁弯曲破坏为止。
木材抗弯弹性模量是指木材受力弯曲时，在比例极限内应力与应变之比，用于计算梁及桁架等弯曲荷载 下的变形以及计算平安荷载。
木材的抗弯弹性模量代表木材的刚性或弹性，表示在比例极限以内应力与应变之间的关系，也即表示梁 抵抗弯曲或变形的才能。梁在承受荷载时，其变形与弹性模量成反比，弹性模量大，变形小，其木材刚 度也大。
〔4〕塑性——材料所具有的保持不可恢复的变形 的性质。
木材属于非完全弹性材料，仅在一定范围内具有弹性，超过此范围后，木材即产生塑性变形。
木材的塑性与树种、树龄、温度、含水率有关。一般地，木材的塑性随温度及含水率的升高而增大。
〔木材的主要成分〕
木材塑性的工程应用——
6.1.4 木材的粘弹性 6.1.4.1 弹性固体与粘性流体的变形特性
σ12＝σw[1+0.05(W-12)] 式中：P——破坏荷载，N； a，b——试样断面尺寸，mm； W——试验时的木材含水率(％)； σw、σ12——木材气干状态、标准含水率12%时的强度，Mpa。 我国木材顺压强度的平均值约为45Mpa；顺压比例极限与强度的比值约为，针叶树材该比值约为，软
木材的力学性能_建筑材料_[共3页]
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285 学习情境十一 木材及其制品 二、木材的物理性质木材的物理性质对木材的选用和加工有很重要的现实意义。
（一）含水率含水率指木材中水重占烘干木材重的百分数。
木材中的水分可分两部分，一部分存在于木材细胞壁内，称为吸附水；另一部分存在于细胞腔和细胞间隙，称为自由水（游离水）。
当吸附水达到饱和而尚无自由水时，称为纤维饱和点。
木材的纤维饱和点因树种而有差异，为23%～33%。
当含水率大于纤维饱和点时，水分对木材性质的影响很小。
当含水率自纤维饱和点降低时，木材的物理和力学性质随之变化。
木材在大气中能吸收或蒸发水分，与周围空气的相对湿度和温度相适应而达到恒定的含水率，称为平衡含水率。
木材平衡含水率随地区、季节及气候等因素而变化，为10%～18%。
☼小提示新伐木材含水率常在35%以上，风干木材含水率为15%～25%，室内干燥的木材含水率常为8%～15%。
（二）湿胀干缩木材具有显著的湿胀干缩特征。
当木材的含水率在纤维饱和点以上时，含水率的变化并不改变木材的体积和尺寸，因为只是自由水在发生变化。
当木材的含水率在纤维饱和点以内时，含水率的变化会由于吸附水而发生变化。
当吸附水增加时，细胞壁纤维间距离增大，细胞壁厚度增加，则木材体积膨胀，尺寸增加，直到含水率达到纤维饱和点时为止。
此后，木材含水率继续提高，也不再膨胀。
当吸附水蒸发时，细胞壁厚度减小，则体积收缩，尺寸减小。
也就是说，只有吸附水的变化，才能引起木材的变形，即湿胀干缩。
木材的湿胀干缩随树种不同而有差异，一般来讲，表观密度大、夏材含量高者胀缩性较大。
由于木材构造不均匀，各方向的胀缩也不一致，同一木材弦向胀缩最大，径向其次，纤维方向最小。
木材干燥时，弦向收缩为6%～12%，径向收缩为3%～6%，顺纤维方向收缩仅为0.1%～0.35%。
弦向胀缩最大，主要是受髓线影响所致。
木材的湿胀干缩对其使用影响较大，湿胀会造成木材凸起，干缩会导致木结构连接处松动。
如长期湿胀干缩交替作用，会使木材产生翘曲开裂。