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
木材学 第八章
韧性
指材料抵抗其受施应力而不致破坏的能力
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 指其组织结构在外力或外部环境 作用下使整体完全丧失或部分丧 失原有物理力学性能的现象 顺纹压缩 横纹压缩
结构破坏
顺纹拉伸 横纹拉伸 顺纹剪切
右图为:顺纹抗 拉强度试验
木材力学性质
木材抗剪试样与受力支架 1—附件主杆 2—块 3—L形块 4，5—螺杆 6—压块 7—试样 8——圆头螺钉
松弛与蠕变的区别在于：在蠕变中，应力是常数，应变是随时间变化的可变量 在松弛中，应变是常数，应力是随时间变化的可变量
m为松弛系数,松弛系数随树种
和应力种类而有不同，但更受 密度和含水率影响，m值与密度 成反比，与含水率成正比。 黏弹性材料的松弛曲线 (应变的速度为常数)
木材力学性质
8.4 木材的强度、韧性与破坏
K1 K2 K3 K4 — K5 K6
1 A K [ ]
受力性 质 抗 顺纹抗 压 顺纹抗 拉 顺纹抗 剪
弯 0.67
0.52 0.80
1.20 1.10
0.67
0.67
0.67 1.00
—
1.20 1.10
左图: 各项因素对木材强 度的影响系数
0.38 0.85 0.90 1.20 1.10
木材科学与技术国家重点学科 湖南省精品课程
木材的力学性质
8.3.1.3 蠕变规律 （1）对木材施载产生瞬时变形后，变形有一随时间推移而
增大的蠕变过程；
（2）卸载后有一瞬时弹性恢复变形，在数值上等于施载时 的瞬时变形；
（3）卸载后有一随时间推移而变形减小的蠕变恢复，在此 过程中的是可恢复蠕变部分；
（4）在完成上述蠕变恢复后，变形不再回复，而残留的变 形为永久变形，即蠕变的不可恢复部分；
影响木材塑性的重要因素有木材的多孔性、木材的含水率和 温度，其中含水率和温度的影响十分显著。 含水率:随W 而增大。 温 度:随T 而加大，这种性质往往被称为热塑性。
8.3.3.3 木材塑性的应用
干燥时，木材由于不规则干缩所产生的内应力 会破坏其组织的内聚力，而塑性的产生可以抵消一 部分木材的内应力。
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。
几种木材的弹性常数
密度 含水
材料 g/cm3 率 %
EL MPa
ER MPa
ET MPa
GLT
GLR
GTR
MPa MPa 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
8.2.2.1 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。
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
木材力学性能(参考)
5.1.5.4 木材的亲湿性
前述纤维饱和点是材性变化转折点，木材含水 率在纤维饱和点以下时，如木材中纤维素和半 纤维素分子上游离羟基吸收空气中水分子，会 使木材体积、密度发生变化，从而导致木材强 度发生变化。
5.1.5.5 木材力学性质变异性
不同树种,木材力学性质不同。同一树种，不同 部位不同力学性质不同.同一树种,生长条件不同 力学性质不同；同时木材各种缺隙如节子，纹 理、腐朽等都会影响木材力学性能。
5.2.3.2 抗弯强度的测定
各树种木材抗弯强度平均值约为90MPa左右。针叶树 材径向和弦向抗弯强度间有一定的差异，弦向比径向高 出10％~12％；阔叶树材两个方向上的差异一般不明 显。 抗弯强度的测定方法各国不同，区别在于试样的尺寸、 加荷方式和加荷速度的差别。我国国家标准规定：试样 断面为20×20mm，长度为300mm，跨度为 240mm；中央荷载，弦向加荷；试验以均匀速度加 荷，在1-2分钟内使试样破坏。试验时为避免试样在支 座和受力点产生压痕，影响试验结果，在支座和受力点 上应加钢质垫片。垫片的尺寸为30×20×5mm。
5.1.5.2 多孔性 木材主要是细胞组成，微观构造上横切面所观 察到细胞断面为孔眼；径切面、弦切面上为中 空管状，及细胞壁上纹孔等；宏观构造上，导 管分子孔状结构等。
5.1.5.3 木材力学性质各向异性
前述木材物理性质（干缩性、热、电、声学等）构造性质各向异性， 同样木材力学性质亦存在着各向异性。木材大多数细胞轴向排列，仅 少量木射线径向排列。木材为中空的管状细胞组成，其各个方向施加 外力，木材破坏时产生的极限应力不同。例如顺纹抗拉强度可达 120.0-150.0Mpa，而横纹抗拉强度仅3.0-5.0Mpa(C-H,H-O)， 这主要与其组成分子的价键不同所致。轴向纤维素链状分子是以C-C、 C-O键连接，而横向纤维素链状分子是以C-H、H-O连接，二者价键 的能量差异很大。
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
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
木材的力学性能
a
b
应力-应变曲线（模式图）
8.1.2.2 比例极限与永久变形
比例极限应力：直线部分的上端点P对应的应力。 比例极限应变：直线部分的上端点P对应的应变。 。 塑性应变（永久应变）：应力超过弹性限度，这时如果除去应力，应变不
会完全回复，其中一部分会永久残留。
a
b
应力-应变曲线（模式图）
8.1.2.3 破坏应力与破坏应变
松木 0.550 10 16272 1103 573 676 1172 66 0.68 0.42 0.51
花旗
松
0.590 9 16400 1300 900 910 1180 79 0.63 0.43 0.37
阔叶树 材
轻木 0.200 9 6274 296 103 200 310 33 0.66 0.23 0.49
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
核桃
木
0.590 11 11239 1172 621 690 896 228 0.72 0.49 0.63
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。
木材的力学性能
8.1.1 应力与应变的概念
应力:指物体在外力作用下单 位面积上的内力。 应变：外力作用下，物体单位长
度上的尺寸或形状的变化。
顺纹理加压与顺纹理剪切
压缩应力和拉伸应力：把短柱材受压或受拉状态下产生 的正应力。 剪应力：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。
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。
8.4.4
8.3 木材的粘弹性
流变学：讨论材料荷载后的弹性和黏性的科学。(讨论材料荷载后应 力---应变之间关系随时间变化的规律) 蠕变和松弛是黏弹性的主要内容。木材的黏弹性同样依赖于温度、负 荷时间、加荷速率和应变幅值等条件，其中温度和时间的影响尤为 明显。
8.3.1
木材的蠕变
8.3.1.1 蠕变 蠕变：在恒定应力下，木材应变随时间的延长而逐渐增大的现象。 瞬时弹性变形:与加荷速度相适应的变形，它服从于虎克定律； 黏弹性变形:加荷过程终止，木材立即产生随时间递减的弹性变形； 塑性变形:最后残留的永久变形。 差异： 黏弹性变形是纤维素分子链的卷曲或伸展造成的，变形是可逆的， 但较弹性变形它具有时间滞后性。 塑性变形是纤维素分子链因荷载而彼此滑动，变形是不可逆转的。
木材的力学性能参数分析
木材的力学性能参数
目录
1.1木材的力学性质………………………………………………P3
2.1木材力学基础理论……………………………………………P3~ P8
2.1.2弹性和塑性
2.1.3柔量和模量
2.1.4极限荷载和破坏荷载
3.1木材力学性质的特点…………………………………………P8~ P20
3.1.1木材的各向异性
3.1.2木材的正交对称性与正交异向弹性
3.1.3木材的粘弹性
3.1.5木材塑性
3.1.6木材的强度、韧性和破坏
4.1木材的各种力学强度及其试验方法………………………P20~ P28
5.1木材力学性质的影响因素…………………………………P28~ P31
6.1木材的允许应力…………………………………………P31~ P33
6.1.6木材容许应力应考虑的因素
7.1常用木材物理力学性能……………………………………P34~ P36
1.1木材的力学性质
主要介绍: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。
1.1.1木材的力学性质：木材在外力作用下，在变形和破坏方面所表现出来的性质。
1.1.2木材的力学性质主要包括：弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗碗强度、抗减强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。
1.1.3木材力学性质的各向异性：与一般钢材、混凝土及石材等材料不同，木材属生物材料，其构造的各向异性导致其力学性质的各向异性。因此，木材力学性质指标有顺纹、横纹、径向、弦向之分。
第三章结构材料的力学性能及指标
第一节 结构材料基本要求
一、结构材料力学性能的基本要求
工程结构对材料力学性能的要求是通过力学性能指标 来实现的，而力学性能指标又是通过实验方法测定的。
结构材料主要力学性能指标有：强度、弹性、塑性、
冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛等。
第一节 结构材料基本要求
(一)强度
弹性阶段的最大应力称为弹性极限应力或弹性极限强 度，弹性阶段应力与应变的比值称为弹性模量。
第一节 结构材料基本要求
2．屈服强度 fy
工程材料根据其变形性能可以分为塑性材料和脆性材料。 塑性材料：在应力水平超过极限弹性应力后，应力不再有 明显增加，而是在小范围内波动，但应变急剧增大，这种现 象称为屈服，应力一应变曲线上这个阶段称为屈服阶段，也 称流动阶段。一般以屈服阶段最小应力作为屈服强度。 屈服强度对于钢材有重要意义。 脆性材料：而某些表现为脆性性质的钢材没有明显屈服阶 段，此时取残余变形为0.2％对应的应力作为名义屈服强度。
第一节 结构材料基本要求
2．耐久性
耐久性是指材料长久在各种环境因素作用下不变质、 不破坏，长期保持良好的物理力学性能的性质。
耐久性是材料的一种综合性质，如抗冻性、抗风化 性、耐腐蚀性等均属于耐久性范畴，它对建筑物的使用 寿命起到至关重要的决定作用。
所以，要根据材料所处的部位、使用环境等因素， 综合考虑耐久性，合理选择结构材料或采取相应的保护 措施。
木材的力学性能
8.1.2.4 屈服应力
当应力值超过弹性限度值并保持基本上一定，而应变急 剧增大，这种现象叫屈服，而应变突然转为急剧增大的转变
点处的应力叫屈服应力(σY)。
8.1.2.5 木材应力与应变的关系
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。
瞬时弹性变形:与加荷速度相适应的变形，它服从于虎克定律； 黏弹性变形:加荷过程终止，木材立即产生随时间递减的弹性变形；
塑性变形:最后残留的永久变形。
差异： 黏弹性变形是纤维素分子链的卷曲或伸展造成的，变形是可逆的，但较弹 性变形它具有时间滞后性。 塑性变形是纤维素分子链因荷载而彼此滑动，变形是不可逆转的。
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。
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8.4.4.2 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缩。
木材进行压缩时，应力—应变关系是一条非线性的曲线： 常规型是散孔材横压时的特征，为不具平台的连续曲线。 三段型是针叶树材和阔叶树材 环孔材径向受压时的特征曲线:
松木 0.550 10 16272 1103 573 676 1172 66 0.68 0.42 0.51
花旗
木材的力学性能参数分析
木材的力学性能参数分
析
Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】
木材的力学
性能参数
目录
木材的力学性质………………………………………………P3
木材力学基础理论……………………………………………P3~ P8
弹性和塑性
柔量和模量
极限荷载和破坏荷载
木材力学性质的特点…………………………………………P8~ P20
木材的各向异性
木材的正交对称性与正交异向弹性
木材的粘弹性
木材塑性
木材的强度、韧性和破坏
木材的各种力学强度及其试验方法………………………P20~ P28
木材力学性质的影响因素…………………………………P28~ P31
木材的允许应力…………………………………………P31~ P33
木材容许应力应考虑的因素
常用木材物理力学性能……………………………………P34~ P36
木材的力学性质
主要介绍: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。
木材的力学性质：木材在外力作用下，在变形和破坏方面所表现出来的性质。
木材的力学性质主要包括：弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗碗强度、抗减强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。
木材力学性质的各向异性：与一般钢材、混凝土及石材等材料不同，木材属生物材料，其构造的各向异性导致其力学性质的各向异性。因此，木材力学性质指标有顺纹、横纹、径向、弦向之分。
木材力学性质
之分。
学习木材力学性质的意义
——
掌握木材的特性，合理选才、用材。
学习难点
——
木材力学性质基本概念的理解、木材力学性
质特点及其影响因素。
本章重点
——
掌握木材主要力学性质的种类、受力方式及 其测定方法。
——
木材允许应力的确定。
6.1 木材力学基础理论与特点 6.1.1 应力与应变 6.1.1.1 应力
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。
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
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
木材力学性质
当给与基体物质可塑性时，微纤丝易变形，木材塑性提高。微波加热处理木材，基体物质塑化，变形增加，并在压缩侧不出现微细组织的破坏，产生连续而平滑的显著变形，保证弯曲质量。
P158
σ为应力；ζ为应变
应力-应变图中，木材在比例极限应力下可近似看作弹性，在这极限以上的应力就会产生塑性变形或发生破坏。随着水分、温度、作用时间的升高，原弹性变形部分可转化为塑性变形
弹性模量E
弹性限度范围内，物体抵抗外力改变其wk.baidu.com状或体积的能力，材料刚性的指标，柔量的倒数1/a
应力-应变曲线中直线部分的斜率即为弹性模量
体现
拉伸强度
纵向》径向>弦向
压缩强度
纵向》径向>弦向
弯曲强度σbR≈σbT冲击韧性
剪切强度
顺纹剪切>横纹剪切
硬度
端面>弦面≥径面
磨损阻抗
实际应用：弦面=径面>ART
抗劈力S
顺纹抗劈力径面和弦面差异由纹理通直性和射线组织发达程度而异
木材力学--木材的粘弹性
弹性固体
具有固定构型，静载作用下变形与时间无关，外力卸载完全恢复原状
纤维素链状分子大多沿胞壁长轴平行排列，横向以氢键结合构成微纤丝，微纤丝间除借助侧面氢键结合，局部尚以果胶质胶着，胞壁间以胞间质胶着。因此木材横向强度远低于纵向自身的连接强度，从胞壁结构与结构物质的性质来看，木材被破坏的原因是微纤丝和填充物的撕裂或剪切，或者纤维素被压溃造成
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
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。这个过程，就是水分将土壤中的碳分子和空气中的碳分子，经过化学反应形成积累。
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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 ➢ 微观破坏特点
在显微镜下观察，顺纹剪切破坏对于较硬的木 材在晚材中剪切产生于细胞壁之间，而在较轻的木 材中产生于早材细胞的细胞壁。
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
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
8.5 木材的强度、韧性与破坏
(1) 木材的强度 强度
材料抵抗所施加应力而不致破坏的能力，表 示单位截面积上材料的最大承载能力。
应力（MPa）
100
C
80
60
40
20 A
B
o 10 30 50 70 应变(%)
针叶树材和阔叶树材环 孔材径向压缩曲线
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
② 横纹压缩 ➢ 宏观变化
首先是纤维受压变紧密。局部横压时，承受板 凹陷入木材，木材与承受板接触部分的纤维破坏， 远离承受板的纤维未受影响。当荷载继续增加时， 试件未受压的端部会突出，或呈水平劈裂。
➢应力-应变关系是一条非线性的曲线： 常规型，是散孔材横压时的特征，为不具平台的连 续曲线。 三段型，是针叶树材和阔叶树材环孔材径向受压时 的特征曲线。弦向压缩不出现3段式曲线。
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
② 横纹压缩 ➢三段型应力-应变曲线：
早材的弹性曲线：OA 早材压损过程曲线：AB 晚材弹性曲线：BC
1/35～1/65。木材在径向和弦向拉伸时的强度 差异，取决于木材密度及射线的数量与结构。 ➢针叶材和环孔材弦向拉伸时，参与拉伸的微纤 丝数量比径向拉伸时多，这是因为径向拉伸时应 力集中在早材部分。
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 ④ 横纹拉伸 ➢散孔材参与横向拉伸的微纤丝不论在径向或弦向
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。
➢ 木材强重比高、易吸收能量 ➢ 木结构重量轻、
“墙倒屋不塌”、以柔克刚
抗变形能力强
都江堰市的伏龙观
天津蓟县独乐寺
➢承重能力强，能缓冲震 荡，阻止进一步破坏。
8.5 木材的强度、韧性与破坏
(3) 木材的破坏
① 木材结构破坏 组织结构在外力作用下发生断裂、扭曲、错
位，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。
(4) 单轴应力下木材的变形与破坏特点 ① 顺纹压缩 ➢ 顺纹压缩破坏的微观特征
初期，最先在纤维细胞壁上产生单一错位的裂 纹状细线；中期，受压的皱痕使整个破坏区的细胞 壁都扭曲；后期，早材细胞常发生扭曲，以适应木 材破坏的外形。
8.5 木材的强度、韧性与破坏
① 顺纹压缩 ➢ 例如，干燥的硬材仅发生剪切破坏
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切，或纤维被 压溃。
8.5 木材的强度、韧性与破坏
② 横纹压缩
➢ 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
硬的木材，由于应力集中现象比软材小得多， 并且由于空隙度小、强度大的解剖分子比软材多， 不易压皱。
中等硬度的木材破坏，有时端部压溃，有时产 生剪切破坏，这主要是木射线在径切面为骨架，起 支撑作用。
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
② 横纹压缩 作用力方向与木材纹理方向相垂直的压缩。
都是一样的，但这些树种的木材在径向拉伸时还 有参与轴向拉伸的微纤丝。 ➢其中散孔材径向拉伸的强度大于弦向。
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。
破坏主要是纵向撕裂和微纤丝之间的剪切。 ➢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。 ➢顺纹拉伸时，微纤丝之间产生滑移使微纤丝撕裂
破坏，破坏断面通常呈锯齿状。
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 ④ 横纹拉伸
木材横纹拉伸分径向拉伸和弦向拉伸。 ➢木材横纹拉伸强度很低，只有顺纹拉伸强度的
破坏的决定性作用取决于应力状态的类型。
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
① 顺纹压缩 ➢ 顺纹压缩破坏的宏观特征
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。
8.5 木材的强度、韧性与破坏
根据所施加应力的方式和方向的不同，木材 具有顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度、横纹抗压强 度、抗弯强度等多项力学强度。
8.5 木材ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ强度、韧性与破坏
(2) 木材的韧性
韧性 指材料在不致破坏的情况下所能抵抗的瞬时最
大冲击能量值。 木材是具有一定韧性的材料，在国家标准中采
用冲击韧性参数来表征其韧性。
8.5 木材的强度、韧性与破坏