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
材料的力学性能包括
材料的力学性能包括材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等方面。
这些性能对于材料的选择、设计和应用具有重要的指导意义。
下面将分别介绍材料的力学性能。
首先，强度是材料抵抗外力破坏的能力。
材料的强度可以分为拉伸强度、压缩强度、剪切强度等。
拉伸强度是指材料在拉伸作用下抵抗破坏的能力，压缩强度是指材料在压缩作用下抵抗破坏的能力，剪切强度是指材料在剪切作用下抵抗破坏的能力。
强度的大小直接影响着材料的使用安全性和可靠性，因此在材料选择和设计中需要充分考虑材料的强度。
其次，韧性是材料在外力作用下抵抗破坏的能力。
韧性是材料抵抗断裂的能力，通常用断裂韧性来表示。
断裂韧性是指材料在受到外力作用下能够吸收能量并抵抗断裂的能力。
韧性越大，材料在外力作用下越不容易发生断裂，具有更好的抗破坏能力。
因此，韧性是衡量材料抗破坏能力的重要指标之一。
另外，硬度是材料抵抗划伤、压痕和穿透的能力。
硬度是材料抵抗外力作用而不易产生形变或破坏的能力。
硬度的大小直接影响着材料的耐磨性和耐久性，对于一些需要长期使用的材料来说，硬度是一个非常重要的性能指标。
最后，塑性是材料在外力作用下发生形变的能力。
塑性是指材料受到外力作用后能够发生持久性形变的能力，通常用屈服点和延伸率来表示。
塑性越大，材料在外力作用下发生形变的能力越强，具有更好的加工性能和变形能力。
总的来说，材料的力学性能是材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等方面。
这些性能直接影响着材料的使用安全性、耐久性和加工性能，对于材料的选择、设计和应用具有重要的指导意义。
因此，在材料研究和工程应用中，需要充分考虑材料的力学性能，以确保材料的使用安全和可靠。
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 ）。
木材学(9.3.1)--木材力学(3)
1. 木材的强度、韧性与破坏
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。木材顺纹剪切 强度特别低。
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。
分两种变形： 一 段 式 ： 是 散 孔 材 横 压 时 的 特 征 ，为不具平台的连续曲线。 三 段 式 ： 是 针 叶 树 材 和 阔 叶 树 材 环孔材径向受压时的特征曲线： ① 细胞发生微小的弹性变形 ② 越过屈服点后，细胞逐渐被压 溃，细胞壁发生向腔内塌陷的弯曲和压 屈变形 ③ 细胞壁实质物质开始被压缩
1.3 木材的破坏
破坏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。 木材的强度超过极限应力就会出现破坏。除了结构
破坏，木材还存在内部微破坏，如干燥时的干裂、皱裂； 防腐加压浸注时的纹孔破裂，最终影响木材强度和浸注性
等• 。木材破坏的原因
微纤丝和纤维素骨架填充物的撕裂，或纤维素骨架 填充物的剪切，或纤维被压溃所引起。
• 根据试样破坏面的状态，顺
纹抗压试样的破坏可分为以下 六种形状：压缩、楔形劈裂、 剪切、劈裂、压缩与顺纹剪切 和压披。
压缩 楔形劈裂 剪切 劈裂 压缩与顺纹 压披 剪切
1. 木材的强度、韧性与破坏
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：
1. 木材的强度、韧性与破坏
1.4 单轴应力下木材的变形与破坏特点
木材的力学性能参数分析整理
木材的力学性能参数目录1.1木材的力学性质………………………………………………P32.1木材力学基础理论……………………………………………P3~ P8 2.1.1应力与应变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3.1.4木材的松弛3.1.5木材塑性3.1.6木材的强度、韧性和破坏3.1.7单轴应力下木材的变形与破坏特点4.1木材的各种力学强度及其试验方法………………………P20~ P284.1.1力学性质的种类5.1木材力学性质的影响因素…………………………………P28~ P31 5.1.1木材密度的影响5.1.2含水率的影响5.1.3温度的影响5.1.4木材的长期荷载5.1.5纹理方向及超微构造的影响5.1.6缺陷的影响6.1木材的允许应力…………………………………………P31~ P33 6.1.1木材强度的变异6.1.2荷载的持久性6.1.3木材缺陷对强度的影响6.1.4构件干燥缺陷的影响6.1.5荷载偏差的折减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~ P361.1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。
木材的力学性能参数分析
木材的力学性能参数分析力学性能参数是评价木材物理特性的重要指标，包括强度、刚度、韧性等。
对木材的力学性能参数进行分析，可以提升木材的应用价值，同时也为木材的合理选用和设计提供了科学依据。
首先，强度是评价木材力学性能的重要指标之一、强度指的是木材在外力作用下抵抗破坏的能力。
常见的强度参数包括抗弯强度、抗压强度、抗剪强度等。
抗弯强度是指木材在外力作用下抵抗弯曲破坏的能力，通常通过三点弯曲试验来进行测试。
抗压强度是指木材在轴向压缩力下的抵抗破坏能力，可通过轴向压缩试验来测定。
抗剪强度是指木材在剪切力作用下的抵抗破坏能力，常通过直剪试验测定。
分析这些强度参数有助于了解木材在不同外力作用下的变形和破坏特点，从而选择合适的木材用于特定的工程设计。
其次，刚度是指材料对外力作用下的变形抵抗能力。
常见的刚度参数包括弹性模量和切变模量。
弹性模量指的是木材在弹性阶段，单位应力下的应变能力，常用来评价木材的刚性。
切变模量是指木材在横向剪切应力下的应变能力。
分析这些刚度参数有助于了解木材在承受外力时的变形性能，为木材的设计和使用提供依据。
此外，韧性是评价木材受外力作用时的能量吸收和变形能力。
韧性通常用木材的冲击韧性来表示，即木材在冲击荷载下的能量吸收能力。
冲击韧性的高低关系到木材的抗震性和防护能力，对于一些特定的工程应用，如建筑结构、交通运输工具的制造等，较高的韧性能够提高木材的安全性。
综上所述，对木材的力学性能参数进行分析能够全面了解木材的性能特点，提升木材的应用价值。
因此，在木材选用和工程设计过程中，应结合具体需求和外力特点，综合考虑强度、刚度和韧性等力学性能参数，以选择合适的木材材料。
同时，在木材设计和加工过程中，需要合理利用木材的力学性能参数，以保证工程的安全性和可靠性。
木材地力学性能全参数分析报告整理
木材地力学性能全参数分析报告整理木材是一种常见的建筑材料，具有良好的地力学性能。
本文将对木材的地力学性能进行全参数分析，包括材料的力学性能、物理性能和耐久性能等方面。
首先，木材的力学性能是评估其地力学性能的重要指标之一、力学性能包括强度、刚度和韧性等方面。
强度是指材料抵抗外部力破坏的能力，通常用抗弯强度、抗压强度和抗拉强度来表示。
刚度是指材料抵抗变形的能力，常用的指标是弹性模量和剪切模量。
韧性是指材料在破坏前能够吸收的能量，通常用冲击韧性来表示。
通过对木材的力学性能进行全面分析，可以评估其在不同载荷下的承载能力和变形性能。
其次，木材的物理性能也是影响地力学性能的重要因素。
物理性能包括密度、湿度、热传导性和声传导性等方面。
密度是指单位体积的木材质量，与木材的强度和刚度密切相关。
湿度是指木材中水分的含量，对木材的力学性能和稳定性有着重要影响。
热传导性是指木材导热的能力，影响其在高温环境下的稳定性。
声传导性是指木材传递声波的能力，影响其在声学环境中的应用。
最后，木材的耐久性能也是评估其地力学性能的关键指标之一、耐久性能是指木材在长期水分、气候和生物侵蚀等环境下的性能表现。
常见的指标包括抗腐蚀性、抗紫外线性能和抗虫性等。
通过对木材的耐久性能进行分析，可以评估其在户外和潮湿环境中的应用潜力。
综上所述，木材的地力学性能是一个综合性的指标，涵盖了力学性能、物理性能和耐久性能等方面。
通过全参数分析，可以全面评估木材的性能，为其在工程中的应用提供科学依据。
在实际应用中，需要根据具体的使用环境和要求，选择具有合适地力学性能的木材材料，以确保工程的安全可靠性。
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………………………………………………P32.1木材力学基础理论……………………………………………P3~ P82.1.2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~ P203.1.1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~ P285.1木材力学性质的影响因素…………………………………P28~ P316.1木材的允许应力…………………………………………P31~ P336.1.6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~ P361.1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。
1.1.4了解木材力学性质的意义：掌握木材的特性，合理选才、用材。
2.1木材力学基础理论（stress and strain）应力定义：材料在外力作用下，单位面积上产生的内力，包括压应力、拉应力、剪应力、弯应力等。
单位：N/mm2(=MPa)压缩应力：短柱材受压或受拉状态下产生的正应力称为压缩应力；压应力：σ=-P/A拉伸应：短柱材受压或受拉状态下产生的正应力称为拉伸应力；拉应力：σ=P/A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；τ=P/A Q应变定义：外力作用下，物体单位长度上的尺寸或形状的变化；应变：ε=±⊿L / L应力与应变的关系应力—应变曲线：曲线的终点M表示物体的破坏点。
木材的力学性能
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 弹性模量（ E ）：物体产生单位应变所需要的应力，它表征材料抵抗变形能力 的大小，E=应力/应变
8.1 应力与应变 8.2 弹性与木材的正交异向弹性 8.3 木材的粘弹性 8.4 木材的强度、韧性与破坏 8.5 木材主要力学性能指标 8.6 影响木材力学性质的主要因素
8.7 木材的容许应力
注意你现在浏览的是第二页，共四十七页。
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
即EL>>ER >ET。
注意你现在浏览的是第十一页，共四十七页。
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
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。
200 310 33 0.66 0.23 0.49 690 896 228 0.72 0.49 0.63 896 1310 269 0.71 0.46 0.51
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
《林木生物质材料基础》考试大纲大纲综述
805《林木生物质材料基础》考试大纲一、大纲综述《林木生物质材料基础》是北京林业大学林业工程一级学科硕士入学考试的自命题科目，是报考林业工程一级学科下木材科学与技术、林产化学加工工程、生物质能源与材料三个二级学科的专业考试科目，同时也是报考材料与化工专业大类中林业工程方向专业硕士的考试科目。
林木生物质材料基础以木材基础构造、木材物理力学性质、林木生物质化学的基础知识为主要考试内容。
三部分考试内容各占比分别为33.3%，26.7%，40%。
为了帮助考生进一步明确复习范围和考查要求，特制定本考试大纲。
二、考试内容1. 概述木质材料的特点。
2. 木材的基础构造2.1 树木的生长与木材的形成木材分类、木材名称；树木的生长与木材的形成；树干的构造；幼龄材（形成机理、概念、性质）。
2.2 木材的宏观构造与识别木材的三切面、径切板和弦切板；木材主要宏观特征（心材和边材；生长轮、年轮、早材和晚材；管孔的分布、排列、组合、大小、数目；管孔的内含物；轴向薄壁组织、木射线、胞间道）；木材的次要宏观特征（颜色、光泽、气味和滋味、结构、纹理和花纹、材表、质量和硬度、髓斑和色斑、乳汁迹、内含韧皮部）。
2.3 木材细胞木材细胞的生成；木材细胞壁结构（超微构造、壁层结构、壁层微纤丝排列）；细胞壁上结构特征（纹孔、螺纹加厚、锯齿状加厚）。
2.4 木材显微构造针叶树材的显微构造（轴向管胞、木射线、轴向薄壁组织、树脂道）；阔叶树材的显微构造（导管、木纤维、轴向薄壁组织、木射线、胞间道、阔叶材管胞）；针阔叶树材组织构造的比较；组织构造的变异。
3.木材的物理力学性质3.1木材的物理性质木材密度，木材和水分，木材的电学性质，木材的热学性质。
3.2木材的力学性质木材的应力与应变；弹性与木材的正交异向弹性；木材的蠕变与松弛；木材的强度、韧性与破坏；木材主要力学性能指标；影响木材力学性质的主要因素；木材的容许应力。
4.林木生物质化学4.1木材的化学组成4.2木质素木质素的存在、木质素分离方法；木质素的结构包括木质素的元素组成、基本结构单元、结构单元之间的连接方式、主要官能团的种类；木质素的物理性质，化学性质（显色反应）；木质素的化学反应及利用。
木材的力学性能中存在的指标包括建筑工程概论
木材的力学性能中存在的指标包括建筑工程概论一、木材的强度强度是材料抵抗所施加应力而不致破坏的能力。
如抵御拉伸应力最大临界能力被称为抗拉强度。
木材的主要力学性能指标根据外力种类划分有：压缩强度（包括顺纹抗压强度、横纹抗压强度、局部抗压强度）、拉伸强度（包括顺纹抗拉强度、横纹抗拉强度）、抗弯强度、抗剪强度、扭曲强度、冲击韧性、硬度、抗劈力等。
木材的强度受到很多因素的影响，其中包括含水率、温度、载荷的时间和循环次数、各种缺陷等。
二、木材的缺陷凡呈现在木材上能降低其质量，影响其使用的各种缺点，均为木材缺陷。
根据木材缺陷的形成过程，通常将木材缺陷分为生长缺陷、生物危害缺陷和加工缺陷。
生长缺陷是指在树木生长过程中形成的木材缺陷，是存在于活立木木材中的缺点。
生长缺陷包括：节子、心材变色和腐朽、虫害、裂纹、应力木、树干形状缺陷、木材构造缺陷和伤疤等。
生物危害缺陷是指由真菌、裂纹、昆虫和海洋昆虫等危害所造成的木材却选。
包括：变色、腐朽和虫害等。
加工缺陷是指在木材拒接和干燥过程中形成的木材缺陷。
三、木材和水分木材中存在的水分，可以分为自由水和结合水（或吸着水）两类。
自由水存在于木材的细胞腔中，与液态水的性质接近。
结合水存在于细胞壁中，与羟基结合形成氢键结合。
对于生材来说，细胞腔和细胞壁都含有水分。
假设把生材放在相对湿度100%的环境中，细胞腔中的自由水慢慢蒸发，当细胞腔中没有自由水，而细胞壁中的结合水的量处于饱和状态，这时的状态称为纤维饱和点。
当把生材放在大气环境中自然干燥，最终达到的水分平衡状态称为气干状态。
当木材的细胞腔和细胞壁中的水分被完全除去时木材的状态称为绝干状态。
纤维饱和点是一个临界状态，因为一般自由水的量对木材的物理性质影响不大，二结合水含量的多少对木材的各项物理性能都有极大的影响。
木材或木材制品中的水分含量通常用含水率来表示。
根据基准不同分为绝对含水率和相对含水率。
木材工业中一般采用绝对含水率（简称含水率），即水分质量占木材绝干质量的百分率。
木材工程中的力学特性和应用
木材工程中的力学特性和应用木材作为一种普遍的建筑材料，在建造和设计当中扮演着非常重要的角色。
木材工程中的力学特性和应用是研究和开发木材和木材制品使用的基础，因此，探索和了解木材的力学特性和应用非常重要。
木材作为一种天然的材料，因其结构特性与工程材料各不相同。
在木材的内部，有许多细胞、纤维和管道，其结构十分复杂。
这就导致木材的力学特性非常多变，对于工程设计和应用需要有深入的研究和认识。
首先，木材的强度和刚度是工程应用中最基础和重要的性能指标。
强度指标如弹性模量、抗拉强度、压缩强度、折断强度和冲击强度等，这些指标用于评估木材在不同载荷下的承载能力和使用寿命。
刚度指标如弹性模量、剪切模量和截面惯性矩等，主要用于评估木材在应力下的变形程度，这些指标对于工程设计中的设计、校核和稳定性评估非常重要。
然而，木材的这些力学特性在不同方向或位置上存在较大的差异，以及在不同环境条件下也受到很大的影响。
比如，对于某些木种，其纵向刚度更高，横向刚度更低；在潮湿的环境下，木材的强度和刚度会降低；而长期暴露于光线和热源下，木材容易发生颜色变化和裂纹。
因此，为了更好地应用木材材料，需要充分了解和掌握其力学性能和适用范围，并针对各种应用需求，制定相应的设计和规范。
例如，在设计木结构房屋时，需要考虑到木材在纵向承受较大的压力和弯曲力的情况，同时需要充分的考虑防水性和防腐性问题。
而在制造木制品时，如制作椅子、桌子、门窗等家具时，需要了解不同木种的颜色、花纹和耐久性，以及它们在重载和轻载使用情况下的强度和刚度的表现。
总而言之，木材工程中的力学特性和应用是复杂而广泛的研究领域。
在工程设计中要充分了解木材的力学性质，切实做好材料选择和结构设计。
只有这样，才能在保证安全和稳定性的同时，更好地利用木材这种重要的建筑材料，发挥其天然美感和可持续性优势。
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 ）。
木材的强度指标
木材是一种历史悠久的包装材料，在包装材料众多的今天，由于木材所具有的优点：可就地取材，质轻且强度高，有一定的弹性，能承受冲击和震动，容易加工，具有很高的耐久性且价格相对低廉等，因此，在当今的包装工业中仍占有很重要的地位。
木材的缺点是：组织结构不匀，各向异性，易受环境温度、湿度的影响而变形、开裂、翘曲和降低强度，以及易腐朽、易被白蚁蛀蚀等。
下面介绍木材的结构与性质等相关内容。
包装用木材的主要性能包括：压缩强度、拉伸强度、弯曲强度、剪切强度、硬度、弹性模量等。
1．压缩强度根据木材受力方向与木纹的关系，可将木材的压缩强度分为顺纹和横纹压缩强度。
横纹压缩强度又分为径向（直径方向）和弦向（圆周方向）压缩强度。
木材顺纹压缩强度极限大且较稳定，是木材使用的主要形式，常用的木材顺纹压缩强度极限为30~70MP a。
顺纹抗压试件的破坏，主要是由于细胞壁被压，失去稳定性而弯曲，使木质纤维挠曲甚至折断。
硬质或干燥的试件，在弦切面上破坏呈一定的倾斜度，一般是略大于45。
倾斜角的斜线；在径切面上呈水平的波纹状。
软质或潮湿的试件破坏时常在端部被压皱并向侧面突出。
木材横纹压缩强度极限远小于顺纹压缩强度极限。
针叶树的顺纹压缩强度极限均为横纹的10~15倍，而弦向压缩强度极限约为径向的1.5倍。
阔叶树的顺纹压缩强度极限约为横纹的3~7倍，具有粗大髓线的树种（麻栎、青冈等）径向为弦向的1.5倍。
其他树种并无显著区别。
2．拉伸强度木材顺纹拉伸强度较压缩强度大2~3倍，通常可达100~150MP a。
由于抗拉制品端部接合处受到拉力时，常先破坏于横纹受压或剪切，因而目前还无法充分利用木材的顺纹拉伸强度。
横纹拉伸强度极小，约为顺纹拉伸强度的1/20~1/40，所以木材通常不用作承担横纹受拉的制品。
3．静力弯曲强度木材具有优良的静力弯曲强度。
一般木材的静力弯曲强度极限为50~110MP a，约为顺纹压缩强度极限的1.5~2.0倍。
当木质制品承受弯曲静力时，由于其拉伸强度极限大于压缩强度极限，制品的受压区域首先发生皱折，然后在拉力区折裂。
第八章 木材的力学性质
（二）强度的异向性 木材的强度根据方向和断面的不同而异。压缩、拉伸、 弯曲和冲击韧性等，当应力方向和纤维方向为平行时，其强 度值最大，随两者间倾角变大，强度锐减。 1.拉伸强度σt：σ tl＜σ tr ＜ σtT ，即纵向远大于横向，横向中径 向大于弦向。 2.压缩强度σ cp： σcpL＞ ＞ σcpR ＞ σcpT 3.弯曲强度σb和冲击韧性u （1） σbR ＞ σbT （2）①针叶材：uR ＞ uT ；②阔叶材通常关系不定。 4.剪切强度τ ：τ∥ /τ⊥=2.2~6.1 5.硬度H和磨损阻抗 ①HRT ＞ HLT≥HLR，断面大于弦面，弦面大于或等于径面。同 时，硬度的异向性随密度增加而减少。 ②木材磨损量A越大，表示磨损阻抗越小。ALR ≥ ALT ＞ ART 6.抗劈力S：径面和弦面的差异根据纹理通直性和射线组织的发 达程度而异。
破坏
应 力 （ ）
a
b 弹性极限
比例极限
图9—1为杉木弯曲时的应力—应变图。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。直线部分的顶 点a为比例极限，从a到b虽不是直线，但属弹性范围， b点为弹性极限。a、b两点非常接近，一般不加区分。
MPa
应变（%） 图9-1 杉木弯曲时应力与应变图解
第二节 木材的正交异向性和弹性 一、木材的正交异向性 （一）概述 木材是天然生长的生物材料，由于组织构造的 因素决定了木材的各向异性（anisotropy） 。 木材的圆柱对称性— 由于树干包括许多同心圆 的年轮层次，所以赋予木材圆柱对称性（近似的）， 即从圆心到外径，各个同心圆层次上的木材微单元 的性质是相同的（弹性、强度、热、电性质等）。 同时，由于组成木材的绝大多数细胞和组织是平行 树干呈轴向排列的，而射线组织是垂直于树干呈径 向排列的；另外构成木材细胞壁的各层，其微纤丝 的排列方向不同；以及纤维素的结晶为单斜晶体等， 使木材成为柱面对称的正交异向性材料。（如物理 性质干缩、湿胀、扩散、渗透等和力学性质如弹性按力学性质分
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。
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。
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。
注意你现在浏览的是第三页，共四十七页。
注意你现在浏览的是第二十五页，共四十七页。
8.4.3.2 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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
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。
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
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。
➢ 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。
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
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 木材的强度、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
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
➢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
(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
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。
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