木材干燥的应力应变
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 ）。
木材力学性质
8.3.1.2 蠕变曲线
木材作为高分子材料，在受外力作用时，由于其 黏弹性而产生3种变形： 瞬时弹性变形:与加荷速度相适应的变形称为瞬时弹 性变形，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，称黏弹性变形（或弹性后效变形）； 塑性变形:最后残留的永久变形被称为塑性变形。 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。
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。 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。
木材的蠕变曲线
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； （5）蠕变变形值等于可恢复蠕变变形值和不可恢复蠕变变 形值之和。
（4）含水率会增加木材的塑性和变形。木材受一定 荷载产生的变形是可以累积的。木材的蠕变量会 很大，甚至最后会发生破坏； （5）温度对蠕变有显著的影响。温度越高，木材纤 维素分子链运动加剧，变形增大。夏季木梁变形 大。
第19次课-力学性质-应力与应变木材的粘弹性塑性木材的强度和韧性.
第19次课授课时间：2006年4月30日（星期日）1、2节128第八章木材的力学性质木材力学主要探讨的是木材在外力作用下的机械性质，包括度量木材抵抗外力的能力，木材应力与变形的关系。
木材是一种非均质的、各向异性的天然高分子材料，因此其力学性质与其他均质材料有着明显的差异。
比如：它所有的力学性质指标参数都会因其含水率的变化而产生很大程度的改变；木材还会表现出介于弹性体和非弹性体之间的粘弹性，会发生蠕变现象，并且其力学性质还会受到载荷时间和环境条件的影响。
木材的力学性质主要包括：应力与应变、弹性、粘弹性（塑性和蠕变）、强度（抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、扭曲强度、冲击纫性等）、硬度、抗劈力以及耐磨性等。
1、应力与应变1.1 应力物体在受到外力时具有发生形变的趋势，其内部会产生相应的抵抗形变的力，称为内力，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。
它的单位是：N/mm2（=MPa）1.2 应变在外力作用下，物体单位长度上的尺寸或形状的变化称为应变。
应变可用百分率（%）来表示，也可以作为一个无量纲的量。
1.3 应力与应变的关系P158的图9—1。
纵轴表示试件受到的载荷，横轴表示试件的变形量。
这根应力—应变曲线由从原点O开始的直线部分OA和连续的曲线部分ABC组成，曲线的终点C表示物体的破坏点，它能概括性的描述试件从受外力开始直到破坏图9—1 应力-应变曲线时的力学行为。
1291.3.1 比例极限与永久变形（1）直线部分的上端点A对应的应力叫做比例极限应力，对应的应变叫做比例极限应变。
（2）B点对应的应力叫做弹性极限应力，A点与B点间不再是直线关系，但是应力在弹性极限以下时，其变形仍然是弹性的，一旦去除外力，试件的应变就会完全恢复，这样的应变叫做弹性应变。
（3）应力一旦超过弹性极限，应力—应变曲线的斜率减少，应变显著增大，这时如果去除应力，应变不会完全恢复，其中一部分会永久残留，这样的应变叫做塑性应变或永久应变。
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 ）。
木材干燥学思考题答案
木材干燥学概论1、什么是木材干燥？木材干燥是指在热力作用下，以蒸发或沸腾的汽化方式排出木材中水分的过程。
主要指按照一定的基准有组织有控制的人工干燥过程，也包括受气候条件制的大气干燥。
2、木材干燥的目的？（1）把木材干燥到与使用地适合的含水率可以防止木材变形、开裂。
（2）把木材干燥到含水率15%以下，可以防止木材变色、腐朽，干燥过程中较高的温度可以杀死木材中的虫卵，从而有效防止木材遭受虫害。
（3）可以提高木材的强度和握钉力，改善木材物理、力学性能；潮木材胶合和油漆性能差，把木材干燥到含水率5%~12%可以提高木材的胶合和油漆性能；干燥的木材具有良好的保温性和绝缘性。
（4）因为干燥过程中排出了大量水分，使木材重量减小，从而大大降低了木材的运输费用。
（5）木材干燥对于合理、节约利用有限的森林资源，保持生态平衡，对于发展国民经济和现代化建设具有非常重要的意义。
3、木材干燥的方法？(天然)大气干燥，人工干燥，常规窑干，除湿干燥，太阳能干燥，真空干燥，高频和微波干燥，红外辐射干燥，接触(热压)干燥第一章木材中的水分与环境4、木材含水率的测定方法？（1）称重法（烘干法）优点：测量数值较可靠；含水率测量范围不受限制缺点：测量时间长，不能实现在线测量；测量繁琐；要破坏木材；当木材含有较多的松节油或其他挥发性物质时，测量会有误差。
（2）电测法：利用木材的电学性质，如电阻率、介电常数与木材含水率之间的关系，来测定木材的含水率。
电测法的木材含水率仪主要有两类：直流电阻式：即利用木材中所含水分的多少对直流电阻的影响来测量木材的含水率。
交流介电式：即根据交变电流的功率损耗与木材含水率的关系而设计的含水率仪。
（奥地利MERLIN公司的电测含水率测量仪是企业经常使用的含水率测量仪表）电测法特点：优点：使用方便；测量迅速，能实现在线测量不破坏木材缺点：含水率测量范围有限，6～30％测量较准确，其他范围测量准确性差；需要进行温度校正，树种校正；受木材的厚度和方向影响（3）蒸馏法：适应于含树脂较多或经油性防腐剂处理后的木材。
木材干燥技术—木材干燥基础知识
第二章木材干燥基础知识2.1 与干燥有关的木材性质2.1.1 木材中的水分2.1.1.1 木材中水分的由来2.1.1.2 木材中水分的状态存在于大毛细管系统（细胞腔和细胞间隙）中的水叫自由水。
自由水的增减，只能影响木材的重量、保存和燃烧能力，而不影响木材的性质；存在于微毛细管系统（细胞壁）中的水叫吸着水。
吸着水的增减变化，不仅使木材发生膨胀和收缩，而且也影响到木材的其它物理力学性质。
2.1.1.3 木材含水率木材中水分的含量叫做含水率（W），用水分的重量对木材重量之比的百分率（％）表示。
2.1.1.4 木材干湿程度的分级木材可按干湿程度分为六级：湿材、生材、半干材、气干材、室干材、绝干材2.1.1.5 木材的纤维饱和点当自由水蒸发完毕，而吸着水处于饱和状态时木材的含水率叫纤维饱和点。
纤维饱和点是木材性质的转折点，木材的强度、收缩性能，以及导热、导电性能都与其密切相关。
纤维饱和点随树种与温度而不同，就多种木材来说，在空气温度约为20℃空气湿度为100％时，纤维饱和点对应的含水率平均值为30%，变异范围为23～33％。
2.1.1.6 木材平衡含水率当木材含水率低于纤维饱和点时，细胞壁内的微毛细管系统能从湿空气中吸收水分，这现象叫做吸湿或吸收。
水分从微毛细管系统排往空气的现象叫做解吸。
薄小木料在一定空气状态下最后达到的吸湿稳定含水率或解吸稳定含水率叫做平衡含水率。
干燥木材最终的含水率为多少适宜，要根据使用地区的平衡含水率来确定。
通常情况下取终含水率=平衡含水率-2.5%.2.1.2 木材的干缩、变形与密度2.1.2.1 木材的干缩和变形干缩过程与湿胀过程一般限制在纤维饱和点与全干状态之间。
木材是各向异性体，由于弦、径、纵向干缩不一，进而导致木材的开裂和变形。
干缩规律：弦向〉径向〉纵向；干缩系数：是指纤维饱和点以下吸着水每减少1%的含水率所引起的干缩的数值。
利用干缩系数，可以算出纤维饱和点以下和任何含水率相当的木材干缩的数值。
木材干燥资料
木材干燥Wood (Lumber) Drying 木材干燥- 概述木材干燥指在加热作用下以蒸发或沸腾的汽化方式排除木材中水分的过程。
木材干燥的目的和意义⏹防止木材或木制品变形、开裂及结合部位松动；⏹预防木材腐朽、变色、虫害；⏹提高木材的力学强度、绝热性和对电的绝缘性木材的平衡含水率Equilibriummoisture content (EMC)⏹我国干旱的西北地区，木材的平衡含水率为10%左右，木料须相应干燥到7~9%的含水率;⏹东南沿海地区，气候潮湿，木材干燥的终含水率应为12~13%; ⏹东北地区使用及出口到北美的木制品，因考虑到室内采暖条件的要求，应干燥到6~8%的终含水率;木材干燥的方法⏹分类：--天然（大气）干燥Air-drying 气干，即把木材堆积在空旷场地上或棚舍内，利用大气作传热传湿介质，利用太阳辐射的热量，排除木材的水分，达到干燥目的。
---人工干燥天然干燥- Air-drying（气干）⏹须放置有木质隔条（Sticker），分开板材，并留有材中空气流动的通道（avenue）⏹顶部遮盖木材干燥的方法- 人工干燥⏹窑干指在干燥窑内人工控制干燥介质的参数对木材进行干燥的方法。
(Kiln drying)⏹除湿（热泵）干燥与窑干的区别是将湿热空气部分流过除湿机，先经冷却使部分水蒸气冷凝成水排出，同时回收水蒸气的气化潜热；湿空气变干，再经加热后流入材堆，干燥木材。
⏹真空干燥即在密闭容器内、在负压条件下对木材进行干燥⏹太阳能干燥太阳能干燥是利用集热器吸收太阳的辐射能加热空气，再通过空气对流传热干燥木材⏹高频、微波干燥是将湿木材作为电介质，置于高频或微波电磁场中，在交变电磁场作用下，木材分子极化，摩擦生热，干燥木材⏹热压（压板）干燥将木材置于热压平板之间，并施加一定的压力，进行接触加热干燥木材木材干燥- 干燥介质⏹定义：传热传湿的媒介物质称为干燥介质。
干燥介质把热量传给木材，同时将木材排出的水蒸气带出窑外。
木材的力学性能参数分析
木材的力学性能参数分析木材的力学性能参数分析公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N] 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应力与应变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的松弛木材塑性木材的强度、韧性和破坏单轴应力下木材的变形与破坏特点木材的各种力学强度及其试验方法………………………P20~ P28力学性质的种类木材力学性质的影响因素…………………………………P28~ P31木材密度的影响含水率的影响温度的影响木材的长期荷载纹理方向及超微构造的影响缺陷的影响木材的允许应力…………………………………………P31~ P33木材强度的变异荷载的持久性木材缺陷对强度的影响构件干燥缺陷的影响荷载偏差的折减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。
了解木材力学性质的意义：掌握木材的特性，合理选才、用材。
木材力学基础理论应力与应变（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。
木材干燥学与木材干燥有关的木材性质解读
*概念区别： ? 吸湿和吸收：要分清两个概念，即吸收和吸
着。吸收是一种表面现象，比如液态水进入 木材的细胞腔，成为木材中的自由水的过程； 对于木材的吸湿过程，则是水分子以气态形 式进入细胞壁，与细胞壁主成分上的吸着点 产生氢键结合的过程。 ? 解析和干燥：是两个不同的概念，解吸仅指 木材细胞壁中吸着水的排除，而干燥则是自 由水和吸着水二者的排除。
阔叶树材 中水分的移动路径主要是导管，还包括管胞、导
管状管胞等。
（2）木材中水分移动的机理
①依靠毛细管张力的毛细管水移动 基于毛细管中弯液面的表面张力差而进行的。在毛细管系统
中，细的毛细管则从粗的毛细管中吸取水分。 ②靠扩散进行的水蒸汽的移动 只能在木材内充满空气的孔隙内进行。湿木材空隙内扩散的
水蒸气从润湿的空隙壁的蒸汽压高的一侧蒸发,在空隙内移动,又 重新在蒸汽压低的一侧凝结成水。
（3）木材含水率的测定
木材含水率的测定方法很多，但在木材工
业中较常用的方法是称重法和电测法。
① 称重法 (烘干法) 先称出湿材质量和全干材质量，再用上述 公式计算木材含水率。 求全干材质量方法是从湿木材上截取一小 试片，去毛刺后立即称重并作记录，然后放入干燥箱，在103士 2℃的温度下干燥。在试片干燥过程中，每隔一定时间称重并作记 录。到最后连续两次称出的质量相等或相差极小时，表明试片中 的水分已全部排出，此时的试片质量就是全干重。
2.2.5 木材的平衡含水率
（1）木材的平衡含水率
薄小木料在一定空气状态下最后达到的 吸湿稳定含 水率或解吸稳定含水率 叫做平衡含水率 （Equilibrium moisture content ，简称EMC）。
木材平衡含水率随着周围空气的温度和相对湿度 的改变而变化。
木材干燥复习提纲
⽊材⼲燥复习提纲1. （补）⽊材⼲燥学的定义和研究范围？①定义：在热能作⽤下以蒸发或沸腾⽅式排除⽊材⽔分的处理过程。
②研究范围：主要为锯材2. （补）⽊材⼲燥的⽬的？①预防⽊材腐朽变质和⾍害，延长⽊材使⽤寿命；②防⽌⽊材变形和开裂，提⾼⽊材和⽊制品的稳定性；③提⾼⽊材的⼒学强度，改善⽊材的物理性能；④改善⽊材的环境学特性；⑤减轻⽊材的质量。
3. （补）⽊材⼲燥的⽅法？机械⼲燥按⽊材⽔分排出的⽅式：⽊材⼲燥化学⼲燥热⼒⼲燥（最常⽤）⼤⽓⼲燥按⼲燥条件是否⼈为控制热⼒⼲燥⼈⼯⼲燥接触⼲燥按⽊材加热⽅式电介质⼲燥辐射⼲燥对流⼲燥（按⼲燥介质）过热空⽓⼲燥炉⽓⼲燥有机溶剂⼲燥4. 绝对湿度和相对湿度的物理意义有何不同两者⼜有何联系？①绝对湿度物理意义：每1m3的湿空⽓中所含⽔蒸⽓的质量；②相对湿度的物理意义：湿空⽓中实际⽔蒸⽓的含量与同温度下可能含有的最⼤⽔蒸⽓量之⽐；③⼆者不同之处：绝对湿度只能说明湿空⽓中实际所含⽔蒸⽓的多少，⽽不能说明⼲湿程度；⽽相对湿度可以反映是空⽓中所含⽔蒸⽓量接近饱和的程度。
④⼆者联系：()()()%100100%sz ?=?=bh sz bh P P 湿容量绝对湿度相对湿度ρρ?5. 湿容量和湿含量有何区别？★湿空⽓=⼲空⽓+⽔蒸⽓①湿容量：⼀定温度下，每1m3湿空⽓最⼤限度含有⼲饱和蒸汽的质量（或说饱和空⽓的绝对湿度为湿容量）；反映湿空⽓吸收⽔蒸⽓的能⼒。
②湿含量d ：含有1㎏⼲空⽓的湿空⽓中所含⽔蒸⽓的质量（g/kg ⼲空⽓）；6. 确定湿空⽓的相对湿度有哪两种⽅法？哪种更精确且使⽤范围更⼴？为什么？①⽅法：平衡含⽔率法和⼲湿球温度计法，⼲湿球温度计法受空⽓流动速度的影响7. 理论⼲燥过程在Id 图上如何表⽰？实际⼲燥过程如何表⽰？8. 湿球温度和露点温度的物理意义有何区别？湿球温度的形成是⽔分蒸发的过程定义是指某⼀状态的空⽓，同湿球温度计的湿润温包接触，发⽣绝热热湿交换，使其达到饱和状态时的温度。
木材的应力与变形分析
应力是引起木 材变形的主要
原因
木材的变形与 应力的大小、 方向和分布有
关
应力对木材的 变形有直接影 响，如拉伸、 压缩、弯曲等
木材的变形与 应力的相互作 用会影响木材 的使用性能和
寿命
变形对应力的影响
木材的变形与应力之间的 关系
变形对木材强度的影响
变形对木材稳定性的影响
变形对木材耐久性的影响
应力与变形的相互关系
干燥工艺优化：根据 木材种类、厚度、用 途等因素进行优化
木材的防腐处理控制
防腐剂的选择：根据木材的种类和用途 选择合适的防腐剂
防腐剂的处理方法：浸泡、喷涂、真空 加压等
防腐剂的浓度和用量：根据木材的尺寸 和防腐等级确定
防腐剂的处理时间：根据木材的厚度和 防腐剂的种类确定
防腐剂的处理效果检验：通过实验和检 测确定防腐剂的处理效果
木材的应力测试
测试目的：了解木材在不同载荷下的应力分布和变形情况 测试方法：采用应变片、应力仪等仪器进行测量 测试条件：控制温度、湿度等环境因素 测试结果：分析木材的应力-应变关系，为设计和加工提供依据
2
木材的变形分析
木材的变形类型
收缩变形：木材在干燥过程中体积减小 的现象
膨胀变形：木材在吸湿过程中体积增大 的现象
防腐剂的环境影响：考虑防腐剂对环境 和人体健康的影响，选择环保型防腐剂
木材的保养维护控制
避免阳光直射：防止木材干燥、 开裂
保持室内湿度：防止木材吸湿 膨胀
定期清洁：去除灰尘和污渍， 保持木材表面清洁
使用保护剂：涂抹保护剂，防 止木材受潮、腐蚀Biblioteka THANKS汇报人：
机械加工：通过锯、刨、铣等机械 加工方法，控制木材的形状和尺寸， 提高木材的加工精度和效率
浅谈木材干燥时的应力与变形
・ ２ ５ ９ ・
浅谈木材 干燥 时的应力 与变形
刘淑华
（ 黑龙江省伊春 林业勘 察设计 院， 黑龙江 伊春 １ ５ ３ ０ ０ ０）
摘
要： 木材 干燥过程 中， 其任何部分 的含 水率降到 纤维饱和点 以下时， 就将产 生正 常干缩。由于其横 断面上含水率分布的不均和构
造 上 的各 向异 性 ， 从 而 导致 相 互 间 内应 力 的 产 生 ， 从 而使 木 材 产 生 变形 与 应 变。 关键词 ： 木 材 干燥 ； 应力 ； 变形
长 ，产生 的应变在力除去之后并不消失 ，这种永久的应变 叫残余应 的应力 已经过转换 ， 与干燥初期 的相反。应力转换之后 ， 表层迅速达 变， 也叫塑化 固定 。 到最大压应力 ， 紧接着 内部达到最大拉压力。 木材干燥过程中 ，影 响干燥质量的既有弹性应变 ，又有残余应 此阶段若把试片锯成梳齿 ， 中间的一些齿在脱离了外层的束缚后 变， 干燥 结束后 ， 待木材厚度上含水率分布均匀 ， 弹性应变 已经 消失 ， 得到了 自由干缩 ， 内部几层小于正常干缩后应有的尺寸 ， 而表层 由于 这时继续影 响干燥质量的是残余应变。 拉伸塑化 固定 ， 比正常干缩应有 的尺寸大 。若把试 片锯成两步， 刚锯 ２木材 内外层干缩不一致 引起的应力与变形 开时两齿 向内弯曲，待含水率均匀后 ，由于内部吸着水 的进一步排 干燥过程中应力变化可分为四个阶段 ： 除， 内层尺寸进一步缩短 ， 两片向内弯曲更厉害。 。 ２ ． １ 干燥刚开始还未产生应力的阶段。此阶段 中木材内外各层的 以上干燥过程中， 木材应力变形发展变化的分析 ， 是没有进行 中 含水率都在纤维饱和点 以上。 若从木料中取应力试片， 把试片锯成梳 间调湿处理的情况 。实际木材干燥过程中，特别是硕 阔叶树材 的干 齿形 ，每根梳齿长度和末锯开之前原来尺寸一样 。若把试片剖为两 燥 ， 应不失时机地进行 中间调湿处理 ， 即向干燥窑内喷射低压饱 和蒸 条， 每条都保持平直形状 。表明这时木材 中不存在含水率应力 ， 也没 汽或雾化水 ， 使 已塑化 固定 的表层吸湿 、 软化重新成 为可塑 ， 从而得 有残余应力 。 到补充干缩 ， 以防止干燥初期的表裂及后期的内裂。中间处理一般在 ２ ． ２干燥初期 ， 应力外拉内压阶段 。 干燥过程开始后 ， 木材表层 的 应力转向且暂时平衡的中期进行。 但 干燥硬阔叶树材厚板时 ， 木料 中 自由水先蒸发 ， 然后蒸发吸着水 ， 从而出现含水率梯度 ， 木材 中出现 的含水率梯度较大 ， 表面硬化生成得早且较严重 ， 所 以需要 提早进行 扩散现象 。 木材横断面上出现“ 湿线” ， “ 湿线” 以内区域 的木材中充满 中间处理 ， 且不止一次地处理。 自由水 ， “ 湿线 ” 以外 区域的木材含水率降到纤维饱和点 以下 ， 有含水 ３木材径弦 向干缩不一致引起的应力与变形 率梯度 。 干燥过程中“ 湿线 ” 不断 向木材 内部移动 ， 即含水率在纤维饱 ３ ． １ 径切板 ， 两个板面都是径切面 ， 不会引起附加 的应力 和变形。 和点 以上的区域不断缩小 。 ３ ＿ ２弦切板 ， 外面（ 靠 近树皮 的面） 接 近弦向， 它的干缩大于接近径 当木材表层及其 附近区域 的含水率 降到纤维饱和点 以下时 ， 表 向的内板面（ 距树皮较远的面） ， 因此 ， 板材干燥时力图向外板面翘 曲， 层及其 附近 区域要收缩 ， 但受到内部各层的牵制 ， 因内部含水率还在 但实 际干燥作业 中 ，板材都堆积成材堆 ，由于材堆及顶部压块的重 纤维饱和点 以上。由于木材 内外层是一整体 ， 放表层受拉应力 ， 同时 量 ， 对板材产生附加的压力 以抑制其翘曲。 这样板材 的外面就产生附 内部受压应力 ； 这时若将应力试片刮成梳齿形 ， 表层及次表层的梳齿 加 的拉应力 ， 而内板面产生附加的压应力。 这种附加 的应力与含水率 由于吸着水的排除而不 同程度地缩短 了长度。而内部各层的梳齿 长 梯度无关。但板材外面附加的拉应力与含水率不均匀 引起的表层拉 度不变 。 又干燥初期木材横断面上， 含水率降到纤维饱和点 以下的区 应力相叠加 ， 很容易引起外板面的表裂。 域 较薄， 相应受拉应力的区域较 小 ， 而受压应力 的区域 较大 ， 又总 的 ３ ． ３ 带髓心的方材 ， 四个表面接近弦切面， 其干缩大于直径方向的 拉力与压力相平衡 ， 所以表层单位面积上 的拉应力相当大 ， 而且发展 干缩 ， 干燥时 四个表面的干缩受到内部直径方向木材的抑制 ， 结果在 很快 ， 很快达到最 大拉应力 ， 这时很容易 出现木材表裂 ， 而 内部单位 表层区域产生附加的拉应力 ， 中心 区域产生附加 的压应力 。 这种表层 面积上的压应力较小 。 的拉应力 与干燥初期含水率梯度引起的拉应力相叠加 ，很容易引起 由于木材是弹性 一塑性体 ， 木材表层受拉应力作用 ， 当应力超过 四个表面的表裂和径裂。因此 ， 大断面髓心方材干燥时 ， 很容 易产生 木材的 比例极 限时 ， 就会产生塑性变形 ， 或虽然拉应力没有超过 比例 缺陷。 极限 ， 但受力 的时间长， 也会产生蠕变 ， 从而产生塑化 固定。 这一 阶段 参考文献 若把应力试片剖成梳齿形 ， 冈 ０ 锯开后它们各 自向外弯 曲。 但它们含水 【 １ 】 廖元 强． 观测木材 干燥应 力变形的新 型梳 齿形【 Ｊ 】 ． 林 业科技 开发 ， 率均匀后 ， 由于表层塑化 固定没有 干缩到应该干缩 的尺寸 ， 而靠 内部 １ ９ ８ ８ （ ４ ） ．
《木材干燥学》名词
《木材干燥学》名词解释（1）木材干燥在热力作用下木材中的水分以蒸发或沸腾的汽化方法由木材中排出的过程。
（2）木材干燥基本原理利用木材含水率梯度、温度梯度和水蒸气分压力梯度，促使水分以液态和气态两种形式连续地由木材内部向表面移动，并通过木材表面向干燥介质蒸发；内部的水分移动速度与表面的水分蒸发强度协调一致，使木材由表及里均衡地变干。
（3）常规干燥以湿空气作干燥介质，以蒸汽、热水、炉气或热油为热媒，间接加热湿空气，湿空气以对流换热方式为主加热木材，干燥介质温度在100℃以下的干燥方法。
（4）干燥应力干燥过程中，含水率低于纤维饱和点时，由于含水率变化不均匀，木材表面与内部产生的干缩量不同，由此而产生的应力称为干燥应力。
（5）干缩系数在纤维饱和点以下时，木材的含水率每降低1%而引起木材的收缩量，叫做木材的干缩系数，简称干缩系数。
如何测干缩系数？K=湿材尺寸-绝干尺寸30（6）木材的含水率木材中的水分含量多少通常用含水率或含水量来表示，即用木材中水分的质量与木材质量之比的百分数的方式表示。
（7）干湿程度分级湿材：长期浸泡于水中、含水率大于生材的木材，如水运、水贮过程中的木材。
生材：和新采伐的木材含水率基本一致的木材。
半干材：含水率介于生材与气干材之间的木材。
气干材：长期贮存于大气中，与大气的相对湿度趋于平衡的木材。
其含水率取决于周围环境的温度和相对湿度，一般在8%~20%之间，我国国标把气干材平均含水率定为12％。
室干材：木材在干燥室内，以适当的温度和相对湿度条件进行干燥，含水率约为7~15%的木材，通常根据木材的使用区域、场合及用途等条件而定。
绝干材：含水率为零的木材称为绝干材或全干材。
（8）自由水和结合水自由水（Free water）是存在于木材细胞腔和细胞间隙组成的大毛细管系统中的水分，其性质和普通的液体水接近。
自由水的多少对木材的物理性质（除重量、燃烧性能以外）影响不大。
吸着水（Bound water）存在于细胞壁中，与细胞壁无定形区（由纤维素非结晶区、半纤维素和木素组成）中的羟基形成氢键结合。
木材干燥的应力应变
树种
25
30
红松、樟子松、马尾松、云南松、云杉、
冷杉、杉木、柳杉、铁杉、陆均松、竹 叶松、毛白杨、山杨、沙兰杨、椴木、
2
石梓、木莲
材 厚，mm
40
70
50 605*
➢平衡处理
工艺：温度：可以比基准最后阶段高5～8℃，但干球 温度最高不超过100℃。
湿度：按介质平衡含水率值比锯材终含水率低 2％来决定。
• 但此时木材总体的含水率仍然高于要求的终含 水率，仍然存在含水率梯度，存在湿应力。
⑶木材干燥的第三阶段（后期）， M表层已接 近MEMC ，M内层也向MEMC趋近。 此阶段木材断面含水率分布及收缩如图：
M
MH Mf
Mp M =0
S
b3 b2b1 b0
• 在干燥第三阶段（后期），表层含水率几乎与 EMC相等，而内层含水率也接近EMC。
• 表层的收缩基本结束，由于含水率的降低以及 在前一阶段内层的作用使得表层的塑性变形在 此被固定，即表面硬化（塑化固定），而内层 却仍然在收缩。
• 这样，表层不收缩反而受到内层收缩而导致的 压缩，产生了压应力；而内层要收缩，却受到 表层的牵制，产生了张应力。
• 当内层的张应力超过横纹抗拉极限强度时，会 产生内裂。
➢中间处理
工艺：温度：干球温度比当时干燥阶段的温度高8～10℃， 但干球温度最高不超过100℃。
湿度：近似地控制干湿球温度差为2～3℃。
时间：因锯材的树种、厚度和应力的严重程度而 异，可参考相关表，也可近似地凭经验估计：针叶材和 软阔叶材厚板，以及厚度不超过50mm厚的硬阔叶材，中 间处理时间为1h/1cm厚；厚度超过60mm的硬阔叶材和落 叶松，为1.5～2h/1cm厚，材质硬的和厚度大的，处理时 间应相对长些。
11第八章--木材的力学性质
2 、 木材塑性的影响因素
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。
3 木材塑性的应用
抗拉强度 抗压强度 抗弯强度
二. 木材的韧性：
木材吸收能量和抵抗反复冲击载荷， 或抵抗 超过比例极限的短期载荷的能力。
韧性材料往往是强度大的材料，但也有不符 合这个关系的。
三、 木材的破坏
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。
应力－应变曲线
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。
弹性极限:直线部分的上端点E.
塑性变形（永久变形）：应力超过弹性限Байду номын сангаас，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。
应力－应变曲线
破坏应力、极限强度：应力在M点达到最大值，物体 产生破坏(σM)。
4、横纹拉伸
木材横纹拉伸分径向拉伸和弦向拉伸。
如果再继续增大应力，则产生曲线 F’A’，与原曲线构成一个环状闭合。 A’B’D’F’封闭曲线所包围的面积相 当于整个周期中的能量损耗。
多向应力作用下蠕变的消除
6. 蠕变的影响因素
(1)时间：
(2)木材的含水率：含水率升高时，同样荷载下木材
的变形会增加。
(3)温度：温度增高，变形量与变形速率会增加
时,木材不会由于长期受力而发生破坏,这个应力极限称为木材 的持久强度,一般只有瞬间强度的0.5~0.7。
高温高压蒸汽干燥过程中木材的收缩应力特征
第２７卷第２期２００５年３月北京林业大学学报ＪＯＵＲＮＡＬ０ＦＢＥＵＩＮＧＦＯＲＥ娜ＹＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＶ０１．２７．Ｎｏ．２Ｍａｒ．．２００５古≥日同皿高压蒸汽干燥过程中木材的收缩应力特征程万里１刘一星１师同敏朗２则元京２（１东北林业大学材料科学与工程学院生物质材料科学与技术教育部重点实验室２京都大学生存圈研究所）摘要：该研究利用新开发的耐热、耐压应力传感器，采用夹具束缚试件在干燥过程中的收缩变形，考察了高温高压蒸汽条件下，伴随试件干燥过程的收缩应力发生、发展特征及粘弹性特性，旨在为探索减少木材干燥缺陷和内部残留应力的高温快速干燥工艺条件提供理论基础和科学依据．该文着重探讨了１００℃以上的高温高压过热蒸汽条件下，试件从饱水到全干状态或明显开裂为止，收缩应力的连续测定方法，并对其径向和弦向收缩应力的发生发展特征进行了初步探讨．研究结果表明，在高温热处理（相对湿度为Ｏ）过程中，径向的收缩应力相当大，约为弦向的２倍；而在其他相对湿度条件下，情况却相反，相对湿度印％、８０％条件下，弦向的收缩应力反而变得比径向大．试件在１８０℃的高温高压过热蒸汽干燥过程中，随着相对湿度的增加，收缩应力明显下降，应力得到有效抑制．即使在相对湿度１００％的高温条件下干燥，木材仍然存在收缩应力．关键词：高温高压蒸汽，木材干燥，收缩应力，测定方法中图分类号：７Ｉ靳５２文献标识码：Ａ文章编号：１０００＿１５２２（２００５）０２一０１０卜０６ＣＨＥＮＧＷａｎ。
ｌｉｌ；ＬＩＵＹｉ—ｘｉｎ９１；ＭＯＲＯＯＫＡＴｏｓｈｉｒ０２；ＮＯＲＩＭ０７ｒ０Ｍｉｓａｔ矿．Ｃｈａｒａｃｔｅ—ｓ廿ｃｓｏｆｓｈｄｎｋａｇｅｓｔｍｓｓｏｆｗｏｏｄｄｕｒｉｎｇｄｒｙｉｎｇｕｎｄｅｒｌｌｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔＩｌｒｅａｎｄｌｌｉｇｈｐｒｅ蟠ｕｒｅｓｔｅａｍｃｏｎｄｉＵｏ璐．如ＨｍｏＺＱ厂眈ｉ声昭Ｆ０肼ｆｗ跏泌瑙ｉｆｙ（２００５）”（２）１０卜１０６［Ｃｈ，１３ｒｅｆ．Ｊ１ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ肌ｄＥｎ舀ｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＢｉｏ－ｂａｓｅｄＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｈａｒｂｉｎ，１５００４０，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；２ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＨｕｍａｎｏｓｐｈｅｒｅ，ＫｙｏｔｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，６１１—００１ｌ，Ｊａｐａｎ．Ｓｈｒｉｎｋａｇｅｓｔｒｅｓｓｅｓａｎｄｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙｏｆｗｏｏｄｄｕｒｉｎｇｄｒｙｉｎｇｕｎｄｅｒｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｄｓｔｅａｍａｂｏｖｅ１００℃ｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｕｓｉｎｇｎｅｗｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｌｏａｄｃｅｌｌｗｈｉｃｈｉｓｃａｐａｂｌｅｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｈｒｉｎｋａｇｅｓｔｒｅｓｓｅｓｏｆｗｏｏｄｉｎｓｉｄｅａｕｔｏｃｌａｖｅｕｎｄｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｈｅｓｈｒｉｎｋａｇｅｓｔｒｅ８ｓｅｓａｌｏｎｇｒａｄｉａｌａｎｄｔａｎｇｅｎｔｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆｗｏｏｄｓａｍｐｌｅｗｅｒｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｖｍｅａｓｕｒｅｄｆｒｏｍｉｔｓｓａｔｕｍｔｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｕｎｔｉｌｉｔｗａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｄｒｉｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｍｃｋｓｏｃｃｕｎ．ｅｄｕｎｄｅｒｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｄｓｔｅａｍａｂｏｖｅ１００℃．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｉｎｇｐｍｃｅｓｓｕｎｄｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅｗｉｔｈＯｒｅｌａｔｉＶｅｈｕｍｉｄｉｔｙ（ＲＨ），ｔｈｅｓｈｒｉｎｋａｇｅｓｔｒｅｓｓｉｎｔｈｅｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ０ｆｔｈｅｔｅｓｔｓｐｅｃｉｒｎｅｎｗａｓａｂｏｕｔ２ｔｉｍｅｓｈ培ｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎｔｈｅｔａｎｇｅｎｔｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．ＨｏｗｅＶｅｒ，ｗｈｅｎｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｄｒｉｅｄａｔ６０％ａｎｄ８０％ＲＨ，ｔｈｅｓｈｒｉｎｋａ＃ｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｔｈｅｔａｎｇｅｎｔｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｗａｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎｔｈｅｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．ＴｈｅｓｈｒｉｎｋａｇｅｓｔｒｅｓｓｅｓｗｅｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｖｒｅｓｔｍｉｎｅｄａｎｄｄｍｍａｔｉｃａｌｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＲＨｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｕｎｄｅｒｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｄｓｔｅａｍａｔ１８０℃．Ｉｔｗａｓａｌｓｏｆｏｕｎｄｔｈａｔｓｈｒｉｎｋａｇｅｓｔｒｅｓｓｓｔｉｌｌｅｘｉｓｔｅｄｕｎｄｅｒｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｄｓｔｅａｍａｔ１００％ＲＨ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｈｉｇｈｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｓｔｅａｍ，ｗｏｏｄｄｒｙｉｎｇ，ｓｈｒｉｎｋａｇｅｓｔｒｅｓｓ，ｍｅａｓｕ打ｎｇｍｅｔｈｏｄ近年来，日本京都大学木质科学研究所相继研究开发了适于１００℃以上的高温高压水蒸汽条件下对木材进行力学性能测定的相关技术手段…，并在此基础之上，就高温饱和蒸汽条件下木材的应力释放等方面做了大量研究工作．其结果表明木材屈服点的降低以及应力在短时间内的急剧释放．ｗ．Ｄｗｉａｎｔｏ、东原贵志等人先后在１００～２００℃的高温区域内对湿润木材横纹压缩的应力释放进行过测定．在温度１２０℃以上的饱和蒸汽条件下，应力释放经过初期阶段后并未停止．随着时间的增加而继续降收稿日期：２００４—０３—２０ｈｔｔｐ：／，ｊｏｕｍａｌ．ｂｊｆｕ．ｅｄｕ．ｃ“基金项目：国家自然科学基金项目（３０４７１３５４）．第一作者：程万里，副教授．主要研究方向：木材干燥、木材物理．电话／传真：０４５卜８２１９１９３８Ｅｍａｉｌ：ｗａｌｌｌｉｃｈｅｎｇ＠ｈｏｔｍｉｌ．ｃｏｍ地址１５００４０哈尔滨东北林业大学材料科学与工程学院． 万方数据北京林业大学学报第２７卷低，残留应力趋近于０怛’３１．目前，１００℃以上高温、润湿状态下的粘弹性特征逐渐变得明朗．国外已利用高温高压水蒸气处理来进行压缩木材的制造Ｈ’５］、弯曲木变形的永久固定等，变形的永久固定机理的研究已十分广泛深入，然而以此作为减少木材干燥过程中所产生的缺陷以及降低干燥应力为目的的研究较少．从有关日本学者对１００～１５０℃的高温干燥研究报告旧引来看，并未发生人们所想像的极端缺陷或损伤，而且效果良好．由于干燥变定所导致的暂时固定，通过高温高压水蒸气处理来进行永久固定，目前在国内外已被证实可行ｂ’４’１叫引．但是如果以此来降低干燥过程中的残留应力，那么，高温高压水蒸气处理所造成木材成分和构造的变化，以及与此相关联的干燥应力释放机理的分析解明就十分必要了．１试验方法１．１试验材料试验材料选用树龄１３５ａ的奈良县产日本柳杉（Ｃ仰ｔｏ靴矗ｎ却ｏｎｉｃ口）材的心材部，平均绝干比重０．３２，平均生长轮宽度２．２咖．受试验装置的限制，试件使用尺寸分别为６５ｍｍ（径向）×５０ｍｍ（弦向）ｘ１０ｍｍ（轴向）（弦向用），５０舢（径向）ｘ６５ｍｍ（弦向）×１０ｍｍ（轴向）（径向用）的饱水状态试件，初含水率为２２０％和１２０％两种．１．２试验装置和方法１．２．１试验装置试验在配备有１００～２３５℃、０—３．０ＭＰａ高温高压饱和及不饱和水蒸气发生器的钢质高压釜试验装置内进行，并在此高压釜装置内，配置新近开发、能在高温高压蒸汽环境下测定运行的耐压、耐热拉伸应力传感器（见图１）．１００℃以下收缩应力的测定试验，在配置相同应力传感器的恒温恒湿干燥箱内进行．蒸汽图１收缩应力测定装置模式图ｎＧＵＲＥ１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｍｐｏｆｓ¨ｎｋａｇｅｍｅａｓＩｌｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅ１．２．２试验方法试验采用特制夹具束缚试件在干燥过程中的收缩变形（保持试件的一定尺寸），利用应力传感器来连续测定饱水试件在高温高压过热蒸汽条件下，到全干状态或明显开裂为止，弦向或径向的拉伸应力，即收缩应力；并同时通过高压釜的观察孔观察试件有无开裂发生，以及开裂方向、开裂程度等．干燥条件设定为温度１２０～１８０℃，相对湿度（ＲＨ）１００％一２０％的范围内．另外，作为比较试验，同时也进行温度为８０～１９０℃的热处理（ＲＨ：０）干燥试验．２结果和讨论２．１应力传感器的负荷试验为检验新开发应力传感器的测试准确性，除进行常规检验外，试验还利用水蒸气压对应力传感器进行加载，考察其在高温高压蒸汽环境条件下的运行情况．在１７０℃的饱和水蒸气条件下应力传感器的负荷随时间的变化情况（见图２）．当应力传感器完全达到环境平衡温度之前，即最初的２０ｌＩｌｉｎ，应力传感器的负荷有很大的变动，而在此之后，负荷基本保持稳定，约为１７５Ｎ．１５０１００５０冬。
第19次课-力学性质-应力与应变木材的粘弹性塑性木材的强度和韧性.
第19次课授课时间：2006年4月30日（星期日）1、2节128第八章木材的力学性质木材力学主要探讨的是木材在外力作用下的机械性质，包括度量木材抵抗外力的能力，木材应力与变形的关系。
木材是一种非均质的、各向异性的天然高分子材料，因此其力学性质与其他均质材料有着明显的差异。
比如：它所有的力学性质指标参数都会因其含水率的变化而产生很大程度的改变；木材还会表现出介于弹性体和非弹性体之间的粘弹性，会发生蠕变现象，并且其力学性质还会受到载荷时间和环境条件的影响。
木材的力学性质主要包括：应力与应变、弹性、粘弹性（塑性和蠕变）、强度（抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、扭曲强度、冲击纫性等）、硬度、抗劈力以及耐磨性等。
1、应力与应变1.1 应力物体在受到外力时具有发生形变的趋势，其内部会产生相应的抵抗形变的力，称为内力，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。
它的单位是：N/mm2（=MPa）1.2 应变在外力作用下，物体单位长度上的尺寸或形状的变化称为应变。
应变可用百分率（%）来表示，也可以作为一个无量纲的量。
1.3 应力与应变的关系P158的图9—1。
纵轴表示试件受到的载荷，横轴表示试件的变形量。
这根应力—应变曲线由从原点O开始的直线部分OA和连续的曲线部分ABC组成，曲线的终点C表示物体的破坏点，它能概括性的描述试件从受外力开始直到破坏图9—1 应力-应变曲线时的力学行为。
1291.3.1 比例极限与永久变形（1）直线部分的上端点A对应的应力叫做比例极限应力，对应的应变叫做比例极限应变。
（2）B点对应的应力叫做弹性极限应力，A点与B点间不再是直线关系，但是应力在弹性极限以下时，其变形仍然是弹性的，一旦去除外力，试件的应变就会完全恢复，这样的应变叫做弹性应变。
（3）应力一旦超过弹性极限，应力—应变曲线的斜率减少，应变显著增大，这时如果去除应力，应变不会完全恢复，其中一部分会永久残留，这样的应变叫做塑性应变或永久应变。
- 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)。
二、木材内外层干缩不一致引起的应力与
变形的产生与发展过程 1.关于应力产生与发展描述的几个假设：
a.含水率梯度只在厚度方向上存在，即
水分只沿着垂直树木轴线方向移动；
b.同一厚度层面上含水率相同。
2.应力的产生发展过程
• ⑴干燥的第一阶段（前期），M表层＜M FSP，而 M内层＞ MFSP 。 此阶段含水率的分布和试件收缩如下图：
M
Mc：中心层含水率
Ms：表层含水率 M：平均吸湿含水率
△M：含水率梯度
Mc
Mf
Mp
压 应 力
Ms M
△M
01
2
3
a
4
σ0：残余应力 σn：总应力 σB：湿.木材干燥应力的消除 方法是在适当的时候进行适当的调湿处理。 根据处理阶段和处理作用的不同，调湿处理可分为预热处理、中 间处理、平衡处理和终了处理四种。 预热处理(初期处理):
• 但此时木材总体的含水率仍然高于要求的终含水率，仍 然存在含水率梯度，存在湿应力。
⑶木材干燥的第三阶段（后期）， M表层已接 近MEMC ，M内层也向MEMC趋近。
此阶段木材断面含水率分布及收缩如图：
M
MH Mf
Mp M =0 S b3 b2b1 b0
• 在干燥第三阶段（后期）：
表层含水率几乎与EMC相等，而内层含水率 也接近EMC。
• 内裂主要由干燥前期（The early stage of drying）的严重塑化固定引起。
齿向外弯
齿保持不变
齿向内弯
外层存在拉伸应力， 内层存在压缩应力
木材内部不存在应力
内层存在拉伸应力， 外层存在压缩应力
表层的拉伸塑化固定越严重，两齿应力试片向内弯曲程度越大。
⒊应力形成过程在干燥曲线上的表示 • 干燥曲线及对应的表层应力曲线如下图：
而受压应力的区域较大，且总拉力与总压力相平
衡，所以，内部单位面积上的压应力较小，而表
层单位面积上的拉应力相当大，且很快发展、达
到最大拉应力，当该应力大于表层抗拉强度极限 时，即产生裂纹。这也是干燥初期易产生表裂
（Surface check）的主要原因。
⑵干燥第二阶段(中期)，M表层＜MFSP， M内层＜M FSP， M表层趋于MEMC。
• 表层的收缩基本结束，由于含水率的降低以 及在前一阶段内层的作用使得表层的塑性变 形在此被固定，即表面硬化（塑化固定）， 而内层却仍然在收缩。
M
MH Mf
Mp M =0 S
• 这样，表层不收缩反而受到内层收缩而导致 的压缩，产生了压应力；而内层要收缩，却 受到表层的牵制，产生了拉应力。 • 当内层的拉应力超过横纹抗拉极限强度时， 会产生内裂。
过程：首先使介质温度升高到45～55℃，并维持0.5～1h，使干燥 室内的壳体表面和主要设备部件及木材表面加热，避免在后续的高 温、高湿的工作状态下在这些固体表面上产生冷凝水。然后通过喷 蒸，或喷蒸与加热相结合，使温、湿度同时升高到要求的介质状态， 并保持一定的时间，让木材热透。 工艺：温度：硬阔叶树材预热温度可高5℃；软阔叶树材及厚度 60mm以上的针叶树材，预热温度可高8℃；厚度60mm以下的针叶 树锯材，预热温度可高10℃。 湿度：一般M初＞25%时，φ=98～100﹪；M初＜25%， φ=90～92%，或介质EMC略高于M初。
材 40 50 3～6 厚，mm 60 6～9* 70 80 10～ 15*
树 种
25 30 2
红松、樟子松、马尾松、云南松、云杉、冷杉、 杉木、柳杉、铁杉、陆均松、竹叶松、毛白杨、 山杨、沙兰杨、椴木、石梓、木莲
时间：应使木材中心温度不低于规定的介质温度3℃为准。
中间处理
工艺：温度：干球温度比当时干燥阶段的温度高8～10℃， 但干球温度最高不超过100℃。 湿度：近似地控制干湿球温度差为2～3℃。 时间：因锯材的树种、厚度和应力的严重程度而 异，可参考相关表，也可近似地凭经验估计：针叶材和 软阔叶材厚板，以及厚度不超过50mm厚的硬阔叶材，中 间处理时间为1h/1cm厚；厚度超过60mm的硬阔叶材和落 叶松，为1.5～2h/1cm厚，材质硬的和厚度大的，处理时 间应相对长些。
• ∵木材的横纹抗拉强度最弱， ∴当表层的张应力超过横纹抗拉极限强度时，就产生表裂。
• 在应力和热湿作用下，表层和内层均产生塑性变形。表层即使没 有内层的作用，也不能收缩到其自由收缩的位置。而内层也一样， 若没有表层的作用，也不能恢复到原始的尺寸。
因为干燥初期木材横断面上，含水率降到纤维饱 和点以下的区域较薄，相应受拉应力的区域较小，
一、木材干燥应力产生的原因及分类 1.原因：厚度方向上含水率不均匀 木材是弹塑性体、各向异性体 2.分类：含水率应力(或弹性应力)、残余应力、附加应力 含水率应力：由于含水率分布不均匀而引起板材断面上 各个区域的不均匀干缩所引起的应力和变形，含水率均 匀（平衡）后，应力和变形随着消失，这种应力叫含水 率应力；这种变形叫含水率变形。 残余应力：木材具有塑性，在含水率应力与变形持续 期间，在热湿作用下，木材的外层或内层发生塑化变形， 使得在含水率分布均匀后，塑化变形的部分不能恢复原 来的尺寸，也不能达到应当干缩的尺寸，并且保持着一 部分应力。这种应力叫残余应力，这种变形叫残余变形。
• 此阶段含水率的分布和试件收缩如下图：
M MH Mf Mp M =0 S b3 b0
• 在干燥第二阶段（中期）：
∵ 表层的含水率向EMC趋近，水分蒸发速度降低， ∴表层的收缩减小。 ∵在含水率梯度的作用下，内部的水分向表层移动，使 内部的含水率也降到FSP以下，内层也开始收缩， ∴内外层之间的相互作用减弱。 • 随着内层含水率的降低，收缩加剧，内外层之间的作用 逐渐减小，直到某一时刻，内外层之间的作用为零，即 内应力为零。
M MH Mf Mp M =0 b4 S b3 b2 b1 b0
M MH Mf • 在干燥的第一阶段（前期）： ∵ M表层＜M FSP，而M内层＞ MFSP， ∴木材的表层收缩，内层不收缩； ∴表层受到内层的扩张而产生拉应力（Tensile stress ）；
Mp M =0
S
内层受到表层的压缩而产生压应力（Compressive stress ）。