木材的粘弹性力学性质的特点 - 木材的粘弹性、木材力学性质的特点
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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
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。
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
(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
木材的力学性质
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。
8.2 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。
木材的弹性与材料动力学
木材的抗拉强度是衡量木材力学性能的重要指标之一。
木材的抗拉强度可以通过实验测试得到，常用的测试方法有拉伸试验、压缩试验等。
木材的抗压强度
木材的抗压强度是指木材在受到压力时所能承受的最大应力
添加标题
抗压强度与木材的种类、密度、纹理、含水率等因素有关
添加标题
抗压强度是木材的重要力学性能之一，对木材的加工和使用具有重要意义
弹塑性材料的本构关系
弹塑性材料的定义和分类
弹塑性材料的本构模型和数值模拟方法
弹塑性材料的疲劳和断裂行为
弹塑性材料的应力-应变关系
弹塑性材料的变形和恢复过程
弹塑性材料的屈服强度和断裂强度
弹变形和应力关系
木材的弹塑性分析需要考虑到木材的各向异性、纤维方向和密度等因素，以获得更准确的结果
木材的共振频率：木材的共振频率决定了木材的振动强度和振动能量
木材的阻尼系数：木材的阻尼系数决定了木材的振动衰减速度和振动能量损失
木材的密度：木材的密度决定了木材的振动速度和振动能量
木材的冲击韧性
木材的冲击韧性是指木材在受到冲击时，能够吸收能量而不断裂的能力。
木材的冲击韧性与木材的密度、纤维方向、含水率等因素有关。
木材的抗剪强度
木材的抗剪强度是指木材抵抗剪切力的能力
抗剪强度与木材的种类、密度、纹理、含水率等因素有关
抗剪强度是木材力学性能的重要指标之一，对木材的加工和使用有重要影响
抗剪强度可以通过试验方法进行测定，如抗剪强度试验、抗剪强度测试等
Part Five
木材的动力学特性
木材的振动特性
木材的弹性模量：木材的弹性模量决定了木材的振动频率和振幅
01
02
弹性应变的大小与木材的材质、结构、湿度等因素有关
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》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
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
南京林业大学_木材学_08_木材力学性质
§5 影响因素
时间
长期荷载
瞬间强度 持久强度
0 t
σ
CH8 木材力学性质
§5 影响因素
时间
CH8 木材力学性质
§5 影响因素
时间
瞬间强度 持久强度
长期荷载
σ
0
t
当木材的应力小于一定极限时，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
CH8 木材力学性质
§5 影响因素
时间
持久强度的测定
CH8 木材力学性质
§1 概述
二、力学性质的分类
顺纹
作用力方向
径向 横纹 弦向
CH8 木材力学性质
§1 概述
二、力学性质的分类 抗劈力 握钉力
，抵抗沿纹理方向劈开的能力
木材抵抗钉子拔出的能力
木材弯曲破坏前的最大弯曲能力 (曲率半径)
CH8 木材力学性质
概述 木材力学性质的特点
CH8 木材力学性质
§4 主要力学性质
抗拉强度 顺纹抗拉强度
横纹抗拉强度
——应用中应避免
CH8 木材力学性质
§4 主要力学性质
抗拉强度
Pmax σM = a· b
顺纹抗拉强度
(Pa)
CH8 木材力学性质
§4 主要力学性质
弯曲强度
P
中央荷载 径向弯曲 弦向弯曲
σM = 3Pma 2
2b · h x· L
§3 木材的粘弹性
ε
B A C D t
弹性后效变形
塑性变形
O
CH8 木材力学性质
§3 木材的粘弹性
木材蠕变模型
加载
卸载
CH8 木材力学性质 A
§3 木材的粘弹性
木材学(9.2.1)--木材力学(2)
• 蠕变规律
1) 施载产生瞬时变形，随时间推 移，变形逐渐增大，即蠕变过程；
2) 卸载后弹性恢复变形，等于施 载时的瞬时变形；
3) 卸载后有一随时间推移变形减 小的蠕变恢复，即可恢复蠕变部分 ；
4) 蠕变恢复后，变形不再回复， 残留的变形为永久变形，即蠕变的 不可恢复部分。
蠕变变形 = 可恢复蠕变变形 C1C2+ 不可恢复蠕变变形（塑性变形） C2 C3
木材在恒应力下其变形随时 间的增加而增大的现象。
木材蠕变过程的三种变形：
瞬时弹性变形（服从胡克定 理）
弹性滞后变形（粘弹性）纤维 素分子链的卷曲或伸展所致。
塑性变形（塑性）纤维素分子 链间的相对滑动所致。
蠕变变形 = 可恢复蠕变变形 C1C2+ 不可恢复蠕变变形（塑性变形） C2 C3
1. 木材的粘弹性
固定，在这一阶段将未压端切削成羽
3
状，压密端穿入木心圆孔；
4
4. 压密端在沸水中再次加热，使它恢复 产生膨胀，最后加工成箭头状。
1. 木材的粘弹性
wood memory: Cupid’s arrows
思考题：
1. 名词解释：弹性、塑性、蠕变、松弛。 2. 何谓木材的应力松弛现象？ 3. 用木材的蠕变曲线来说明木材属于黏弹性材 料。
1. 木材的粘弹性
wood memory: Cupid’s arrows
produced by Inoue (1982)
两个不同的木块，无胶粘合：箭头如何穿入心形木材 中？
1. 木材的粘弹性
1. 将低密度木条的端部在水中浸透并在 微波加热器中加热；
2. 将软化的端部热压成可通过圆孔的尺
1
寸；
2 3. 保持变形直至木条完全干燥，使变形
1) 施载产生瞬时变形，随时间推 移，变形逐渐增大，即蠕变过程；
2) 卸载后弹性恢复变形，等于施 载时的瞬时变形；
3) 卸载后有一随时间推移变形减 小的蠕变恢复，即可恢复蠕变部分 ；
4) 蠕变恢复后，变形不再回复， 残留的变形为永久变形，即蠕变的 不可恢复部分。
蠕变变形 = 可恢复蠕变变形 C1C2+ 不可恢复蠕变变形（塑性变形） C2 C3
木材在恒应力下其变形随时 间的增加而增大的现象。
木材蠕变过程的三种变形：
瞬时弹性变形（服从胡克定 理）
弹性滞后变形（粘弹性）纤维 素分子链的卷曲或伸展所致。
塑性变形（塑性）纤维素分子 链间的相对滑动所致。
蠕变变形 = 可恢复蠕变变形 C1C2+ 不可恢复蠕变变形（塑性变形） C2 C3
1. 木材的粘弹性
固定，在这一阶段将未压端切削成羽
3
状，压密端穿入木心圆孔；
4
4. 压密端在沸水中再次加热，使它恢复 产生膨胀，最后加工成箭头状。
1. 木材的粘弹性
wood memory: Cupid’s arrows
思考题：
1. 名词解释：弹性、塑性、蠕变、松弛。 2. 何谓木材的应力松弛现象？ 3. 用木材的蠕变曲线来说明木材属于黏弹性材 料。
1. 木材的粘弹性
wood memory: Cupid’s arrows
produced by Inoue (1982)
两个不同的木块，无胶粘合：箭头如何穿入心形木材 中？
1. 木材的粘弹性
1. 将低密度木条的端部在水中浸透并在 微波加热器中加热；
2. 将软化的端部热压成可通过圆孔的尺
1
寸；
2 3. 保持变形直至木条完全干燥，使变形
木材的力学性质
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 ）。
木材的力学性能
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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。
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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
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
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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。
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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
木材的力学性能
物体的弹性模量值愈大，在外力作用下愈不易变形，材料的强度也愈 大。 柔量：弹性模量的倒数，表征材料在荷载状态下产生变形的难易程度。
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（2） 剪切弹性模量
剪切应力τ与剪切应变γ之间符合： τ=Gγ 或 γ=τ/G
G 为剪切弹性模量，或刚性模量。 （3） 泊松比
物体的弹性应变在产生应力主轴方向收缩（拉伸）的同时还伴随有 垂直于主轴方向的横向应变，将横向应变与轴向应变之比称为泊松比
木材蠕变曲线变化表现的正是木材的黏弹性质。
木材的蠕变曲线
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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
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8.4.2 木材的韧性
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。
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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。
木材的力学性能
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目录
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
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（2） 剪切弹性模量
剪切应力τ与剪切应变γ之间符合： τ=Gγ 或 γ=τ/G
G 为剪切弹性模量，或刚性模量。 （3） 泊松比
物体的弹性应变在产生应力主轴方向收缩（拉伸）的同时还伴随有 垂直于主轴方向的横向应变，将横向应变与轴向应变之比称为泊松比
木材蠕变曲线变化表现的正是木材的黏弹性质。
木材的蠕变曲线
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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
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8.4.2 木材的韧性
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。
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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。
木材的力学性能
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目录
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
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
木材力学性质
木材热塑性
通过加热，木材基体物质软化，增加木材塑性，此性质称为热塑性
木材力学--胞壁的实际应力与化学组分作用
胞壁的实际应力
极限强度σ=P /表观面积A实质率倒数C =实质密度ρa /全干密度ρo
实际应力σo = C *σ
化学组分作用
木材破坏的原因
骨架纤维素：木材弹性和强度硬固木素：木材硬度和刚性
填充半纤维素:木材剪切强度
应力松弛
使木材产生一定的变形，且在时间推移中维持此状态，就必须使产生此变形的应力随时间而逐渐减小，这种现象称为应力松弛。
单位应变的松弛应力称松弛弹性模量
长期荷载的影响
木材的应力小于一定的极限时，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
P167
应力不释放蠕变曲线
AB试件加载后的瞬间变形，弹性变形阶段
木材细胞壁的构造是以纤维素所构成的微纤丝为骨架，处于木素和半纤维素组成的基体中，具有非常好的抗变形能力，因而在顺纹拉伸断裂时几乎不显塑形。
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。
胞壁厚度与微纤丝角等。
a点即直线顶点为比例极限，对应的σp为比例极限应力
a点到b点，应力应变不再为直线关系，但变形任然为弹性，解除应力后变形将完全消失
b点对应的应力为材料弹性变形的极限值，称弹性极限σo
超过弹性极限后，去除外力木材不能完全恢复原形和体积，产生永久变形
极限荷载
试件达到最大应力时的荷载
气干材两荷载相同
破坏荷载
塑性变形
纤维素分子链因荷载而彼此滑动，变形不可逆
to施加应力OA于木材，应力不变，随时间的延伸变形缓慢增加，产生蠕变AB
通过加热，木材基体物质软化，增加木材塑性，此性质称为热塑性
木材力学--胞壁的实际应力与化学组分作用
胞壁的实际应力
极限强度σ=P /表观面积A实质率倒数C =实质密度ρa /全干密度ρo
实际应力σo = C *σ
化学组分作用
木材破坏的原因
骨架纤维素：木材弹性和强度硬固木素：木材硬度和刚性
填充半纤维素:木材剪切强度
应力松弛
使木材产生一定的变形，且在时间推移中维持此状态，就必须使产生此变形的应力随时间而逐渐减小，这种现象称为应力松弛。
单位应变的松弛应力称松弛弹性模量
长期荷载的影响
木材的应力小于一定的极限时，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
P167
应力不释放蠕变曲线
AB试件加载后的瞬间变形，弹性变形阶段
木材细胞壁的构造是以纤维素所构成的微纤丝为骨架，处于木素和半纤维素组成的基体中，具有非常好的抗变形能力，因而在顺纹拉伸断裂时几乎不显塑形。
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。
胞壁厚度与微纤丝角等。
a点即直线顶点为比例极限，对应的σp为比例极限应力
a点到b点，应力应变不再为直线关系，但变形任然为弹性，解除应力后变形将完全消失
b点对应的应力为材料弹性变形的极限值，称弹性极限σo
超过弹性极限后，去除外力木材不能完全恢复原形和体积，产生永久变形
极限荷载
试件达到最大应力时的荷载
气干材两荷载相同
破坏荷载
塑性变形
纤维素分子链因荷载而彼此滑动，变形不可逆
to施加应力OA于木材，应力不变，随时间的延伸变形缓慢增加，产生蠕变AB
木材的力学性质-
木素的玻璃态转化点。木材在湿润状态下加热 时，有显著软化的可能性。（日）饭田等指出： 如把气干状态20 ℃时的木材弹性模量作为1， 饱水状态20 ℃时就为0.52，饱水状态100 ℃就 为0.09，弹性模量随温度和水分增加而明显降 低。所以木材的破坏变形随温度和水分增加而 明显增加，说明温度和水分是增加木材塑性的 重要因素。
木材的蠕变曲线如图9—2所示：
OA-----加载后的瞬间弹性变形 应
AB-----蠕变过程，
变
B
（
ε
（t0→t1）t↗→ε↗
BC1 ----卸载后的瞬间 弹性回复，BC1==OA
C1D----蠕变回复过程， t↗→ε缓慢回复
）
C1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A
C2
D
O
C3
E
t0
t1
t 时间（t
图9—2 木材的蠕变曲2线）
故蠕变AB包括两个组分：
（二）增加木材的塑性（improving the plasticity of wood）
木材的塑性变形较小，在加工利用方面受到一定 限制。典型的塑性变形在金属等结晶材料上受热承载 后能明显看到，由于晶格的转位和滑移，可产生出数 倍于常温下的塑性变形，可利用于作压延、拉伸、挤 压等塑性加工。
木材是高分子材料，它的塑性是由于在应力作用 下，高分子的变形及相互间能产生相对移动的结果。 在常温下为了提高高分子材料的塑性，要添加可塑剂， 使分子间结合力减弱。此外，通过加热使木材基体物 质软化，也能增加木材塑性，将材料的这类性质称为 热塑性。
2.握钉力 （nail-holding ability） 是木材抵抗钉子拔 出的能力。它的大小取决于木材与钉子间的摩擦 力、木材含水率、密度、硬度、弹性、纹理方向、 钉子种类及与木材接触状况等。
木材的蠕变曲线如图9—2所示：
OA-----加载后的瞬间弹性变形 应
AB-----蠕变过程，
变
B
（
ε
（t0→t1）t↗→ε↗
BC1 ----卸载后的瞬间 弹性回复，BC1==OA
C1D----蠕变回复过程， t↗→ε缓慢回复
）
C1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A
C2
D
O
C3
E
t0
t1
t 时间（t
图9—2 木材的蠕变曲2线）
故蠕变AB包括两个组分：
（二）增加木材的塑性（improving the plasticity of wood）
木材的塑性变形较小，在加工利用方面受到一定 限制。典型的塑性变形在金属等结晶材料上受热承载 后能明显看到，由于晶格的转位和滑移，可产生出数 倍于常温下的塑性变形，可利用于作压延、拉伸、挤 压等塑性加工。
木材是高分子材料，它的塑性是由于在应力作用 下，高分子的变形及相互间能产生相对移动的结果。 在常温下为了提高高分子材料的塑性，要添加可塑剂， 使分子间结合力减弱。此外，通过加热使木材基体物 质软化，也能增加木材塑性，将材料的这类性质称为 热塑性。
2.握钉力 （nail-holding ability） 是木材抵抗钉子拔 出的能力。它的大小取决于木材与钉子间的摩擦 力、木材含水率、密度、硬度、弹性、纹理方向、 钉子种类及与木材接触状况等。
森林利用学：第8章 木材的力学性质
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
8.3.1.2 蠕变曲线
OA-----加载后的瞬间弹性变形 AB-----蠕变过程，（t0→t1）t↗→ε↗ BC1 ----卸载后的瞬间弹性回复，BC1==OA C1D----蠕变回复过程，t↗→ε缓慢回复 故蠕变AB包括两个组分： 弹性的组分C1C2——初次蠕变（弹性后效变形） 剩余永久变形C2C3=DE——二次蠕变（塑性变形） 木材蠕变曲线变化表现的正是木材的黏弹性质。
a
b
应力-应变曲线（模式图）
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。
a
b
Hale Waihona Puke 应力-应变曲线（模式图）8.2 弹性与木材的正交异向弹性
8.2.1 弹性与弹性常数
蠕变和松弛是黏弹性的主要内容。
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。
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
8.3.1.2 蠕变曲线
OA-----加载后的瞬间弹性变形 AB-----蠕变过程，（t0→t1）t↗→ε↗ BC1 ----卸载后的瞬间弹性回复，BC1==OA C1D----蠕变回复过程，t↗→ε缓慢回复 故蠕变AB包括两个组分： 弹性的组分C1C2——初次蠕变（弹性后效变形） 剩余永久变形C2C3=DE——二次蠕变（塑性变形） 木材蠕变曲线变化表现的正是木材的黏弹性质。
a
b
应力-应变曲线（模式图）
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。
a
b
Hale Waihona Puke 应力-应变曲线（模式图）8.2 弹性与木材的正交异向弹性
8.2.1 弹性与弹性常数
蠕变和松弛是黏弹性的主要内容。
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。
11第八章--木材的力学性质
木材的塑性是由于在应力作用下，高分子结构的变 形及相互间相对移动的结果。木材属于塑性较小的材料。
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。
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。
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8.3 木材的黏弹性
(1) 木材的蠕变 ① 蠕变
恒定应力下，木材 应变随时间延长而逐渐 增大的现象。
应变
蠕变 B
A O t0
P
C1
蠕变恢复 （弹性后效变型）
C2
D
C3
E
t1
t2
时间
木材的蠕变曲线
8.3 木材的黏弹性
(1) 木材的蠕变
② 蠕变曲线 ➢ 瞬间弹性变形：OA ➢ 蠕变过程：AB ➢ 瞬间弹性恢复：BC1=OA ➢ 蠕变恢复：C1D ➢ 弹性后效变形：C1C2 ➢ 塑性变形：C2C3=DE
A
A′
F′ E′O B′ P′
C′
D′ D 多向应力作用下蠕变的消除
8.3 木材的黏弹性
⑤ 蠕变的消除
➢为使永久变形消失，重新 获得物体的原来形状，施加 与产生曲线应力符号相反应 力OC′，形成曲线B′C′。
A
A′
F′ E′O B′ P′
C′
D′ D 多向应力作用下蠕变的消除
8.3 木材的黏弹性
应变
蠕变 B
A O t0
P
C1
蠕变恢复 （弹性后效变型）
C2
D
C3
E
t1
t2
时间
木材的蠕变曲线
8.3 木材的黏弹性
③ 木材蠕变规律
➢对木材施载产生瞬时变形（OA）后，变形有一随 时间推移而增大的蠕变过程（AB）；
➢卸载后有一瞬时弹性恢复变形（BC1），在数值 上等于施载时的瞬时变形（ BC1 = OA）；
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
8.3 木材的黏弹性
（1）木材的蠕变 （2）木材的松弛 （3）木材的塑性
8.3 木材的黏弹性
➢含水率变化条件下，大于比例极限强度20%时， 就可能产生蠕变；
➢当木材由于静荷载产生变形，如果变形速率逐渐 增加，木结构的设计不安全，会导致破坏；
8.3 木材的黏弹性
⑥ 建筑木构件的蠕变问题
➢木横梁承受的荷载低于弹性极限，且短期受载即 卸载，它将恢复原有的极限强度和弹性；
➢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；
⑤ 蠕变的消除
➢当OC′继续增大到等于
A
A′
A′P′，B′C′将延至 C′D′。 ➢卸去这个符号相反的应力， 产生应力-应变曲线D′E′
F′ E′O B′ p′
C′
，也不能恢复到原形，残 D′ D 留负向的永久变形E′O。
多向应力作用下蠕变的消除
8.3 木材的黏弹性
⑤ 蠕变的消除
➢再次通过反向应力OF ′，
o
B＇
B"
应力-应变周期图
应变ε
8.3 木材的黏弹性
④ 单向应力循环加载时的蠕变特点
➢能量的损耗随着每个周期增大，意味着在变形中 做了更多的功，同时造成材料蠕变的不可恢复部 分越来越大。载-卸载的
o
B＇
B"
应力-应变周期图
应变ε
8.3 木材的黏弹性
⑤ 蠕变的消除
➢荷载初期产生应力-应变 曲线OA′，卸载产生曲线 A′B′，残留了永久变形 OB′ 。
A
A′
材料才能恢复原形。再继续 增大应力，产生F′A′， 与原曲线构成一个环状闭合。
F′ E′O B′ P′
➢ A′B′D′F′封闭曲线所
C′
包围的面积相当于整个周期
中的能量损耗。
D′ D
多向应力作用下蠕变的消除
8.3 木材的黏弹性
⑥ 建筑木构件的蠕变问题
➢针叶树材在含水率不变的条件下，静荷载小于木 材比例极限强度的75%时，认为是安全的。
➢卸载后有一随时间推移而变形减小的蠕变恢复 （C1C2），在此过程中的是可恢复蠕变部分；
8.3 木材的黏弹性
③ 木材蠕变规律
➢在完成上述蠕变恢复后， 变形不再回复，而残留变形 为永久变形（C2C3），是蠕 变的不可恢复部分；
➢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。
（AB = C1C2 + C2C3 ）
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，也称弹性后效变形。 塑性变形:最后残留的永久变形。
8.3 木材的黏弹性
基本概念 黏弹性变形与塑性变形的差异 ➢ 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， 变形是不可逆的。
应变
蠕变 B
A O t0
P
C1
蠕变恢复 （弹性后效变型）
C2
D
C3
E
t1
t2
时间
木材的蠕变曲线
8.3 木材的黏弹性
④ 单向应力循环加载时的蠕变特点 ➢以一个方向的应力循环作用于木材，每个应力加
载—卸载周期都会残留一个变形； ➢在热力学上，曲线所包围的面积相当于各周期中
能量的消耗。
A＇ A"
应力σ
反复加载-卸载的
➢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。
8.3 木材的黏弹性
(2) 木材的松弛 松弛
恒定应变条件下，应力随时间延长而逐渐减少 的现象。 松弛与蠕变的区别 ➢ 蠕变中应力是常数，应变是随时间延长逐渐增长 ➢ 松弛中应变是常数，应力是随时间延长逐渐减少 木材具有这两种现象（具有弹性又具有塑性的黏 弹性材料）
木材是生物高分子材料，具有弹性固体和黏 性流体的特性。同时具有弹性和黏性两种不同机 理的变形。 ➢木材体现着弹性固体和流体的综合特性，这种特 性称为木材的黏弹性。 ➢ 蠕变和松弛是黏弹性的主要内容（温度和时间）。
8.3 木材的黏弹性
基本概念 木材的黏弹性形变类型 瞬时弹性变形:与加荷速度相适应的变形，服从
基本概念
流变学 讨论材料荷载后的弹性和黏性的科学。
弹性固体与黏性流体的变形特征 ➢ 弹性固体：具有确定的形状，变形只与外力有关，
与时间无关。卸除外力后变形消失，恢复原形。 ➢ 黏性流体：无确定的形状，取决于容器。变形除与
外力有关还与时间有关，产生不可逆的流动变形。
8.3 木材的黏弹性
基本概念 木材的黏弹性
8.3 木材的黏弹性
松弛曲线
➢ 松弛应力-时间曲线 σt = σ1 （1 - m logt）
式中：m为松弛系数 松弛系数随树种和应力种
类变化，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。
应力
t0
时间
黏弹性材料的松弛曲线 (应变为常数)
8.3 木材的黏弹性
(3) 木材的塑性
① 塑性与塑性变形 当施加于木材的应力超过木材弹性限度时，去