11第八章 木材的力学性质
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

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
第八章 木材

木材受剪切作用时,由于作用力对于木材纤维 方向的不同,可分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切 断三种。顺纹剪切破坏是由于纤维间联结撕裂产生 纵向位移和受横纹拉力作用所致;横纹剪切破坏完
全是因剪切面中纤维的横向联结被撕裂的结果;横
纹切断破坏则是木材纤维被切断,这时强度较大, 一般为顺纹剪切的4~5倍。
木材强度特点:
木材的湿胀干缩具有一定规律:含水率大于纤 维饱和点时,随着含水率的增加,木材体积产生膨 胀,随着含水率减小,木材体积收缩;而含水率小 于纤维饱和点时,只是自由水的增减,木材的体积 不发生变化 。
措施:可在端部涂以油料或其它涂料。由于径向干 缩只是弦向干缩的一半,因此,应用时采用径向锯 板较为有利。
(5)指接地板
由宽度相等、长度不等的小木板条粘结而成
的木地板。不易变形并开有榫和槽,与企口实木
地板的结构基本相同。 实木指接企口地板常见规格有(1830~4000) mm×(40~75)mm×(12~18)mm。
集成地板:是沿着纵向指接成长料,再用相同截面的木 料沿着横向胶拼成宽的板料。再在其纵横两侧加工成相 应的榫槽。
针叶树是主要建筑与装饰材料,广泛用于各 个构件和装饰部件。常用的树种有松、杉、柏等。
(2)阔叶树
阔叶树树叶宽大,叶脉呈网状,大多为落叶
树,树干通直部分较短,材质较硬,较难加工,
故称“硬木材”。
阔叶树木材表观密度大,干缩变形大,易翘 曲或开裂,建筑上常用来制作尺寸较小的构件。 常用的树种有榆木、椴木、榉木、水曲柳、 泡桐、柞木等。
8.1.2.4 木材的硬度和耐磨性 木材的硬度是指木材抵抗其他物体压入木材 的能力。木材端面的硬度最大,弦面次之,径面
稍小。
木材的耐磨性指木材抵抗磨损的能力。作木 地板的国产阔叶材树种中以荔枝叶红豆耐磨性最 大 ,南方的泡桐树耐磨性为最小 。
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。
第八章 木材的力学性质

(t )
(二)建筑木构件的蠕变问题 1.针叶树材在含水率不发生变化的条件下,施加静力 载荷小于木材比例极限强度的75%时,可以认为是 安全的。但在含水率变化条件下,大于比例极限 强度20%时,就可能产生蠕变,随时间延长最终会 导致破坏。 2.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,最终会导致破 坏。 3.所施静载荷低于弹性极限,短期受载即卸载,能恢 复其原具有的极限强度和弹性。 4.含水率会增加木材的塑性和变形。 5.温度对蠕变有显著的影响。当空气温度和湿度增加 时,木材的总变形和变形速度也增加。
P A
(kPa)
2.应变(strain):单位长度上所产生的变形。 3.应力—应变图(stress-strain curve):以应力为纵坐标, 以应变为横坐标,表示应力和应变关系的曲线。
l (cm / cm)
简单应力中,当压力方向平行于纹理作用于 短柱上时,则产生顺纹压应力。当在同一直线上 两个方向相反,平行于木材纹理的外力作用于木 材时,则产生顺纹拉伸应力。当平行于木材纹理 的外力作用于木材,欲使其一部分与他它由内在 联结的另一部分相脱离,会产生顺纹剪应力。当 作用力与木材纹理相垂直时,木材上则会产生横 纹的压、拉、剪应力或剪断应力。横纹应力又有 径向和弦向之分。同一木材受力的性质和方向不 同,应力和应变值亦各不相同。 一、基本概念 (一)弹性和塑性 1.弹性(elasticity)— 物体在卸除发生变形的载荷后, 恢复其原有形状、尺寸或位置的能力。 2.塑性(plasticity)— 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 生的永久残留变形部分,即为塑性变形,木材的 这一性质称塑性。
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。
建筑材料—木材

[ 1 ( W 12 )] 12 w
式中
σ:含水率为 12%时的木材强度 (MPa); σW : 含 水 率 为 W (%) 时 的 木 材 强 度
(MPa);
W-一试验时的木材含水率 α——木材含水率校正系数。 α随作用力和树种不同而异,如顺纹抗压所 有树种均为 0.05 ;顺纹抗拉时阔叶树为 0.015 , 针叶树为0;抗弯所有树种为 0.04 ;顺纹抗剪所 有树种为0.03。
1. 木材的微观构造 在显微镜下观察,可以看到木材是由 无数管状细胞紧密结合而成,它们大部分 为纵向排列,少数横向排列(如髓线)。 每个细胞又由细胞壁和细胞腔两部分组成, 细胞壁又是由细纤维组成,所以木材的细 胞壁越厚,细胞腔越小,木材越密实,其 表观密度和强度也越大,但胀缩变形也大。
第2节 木材的物理力学性质 木材的物理力学性质主要有含水率、湿 胀干缩、强度等性能,其中含水率对木材的 湿胀干缩性和强度影响很大。 1. 木材的含水率 木材的含水率是指木材中所含水的质量占干 燥木材质量的百分数。木材中主要有三种水, 即自由水、吸附水和结合水。自由水是存在 于木材细胞腔和细胞间隙中的水分,吸附水 是被吸附在细胞壁内细纤维之间的水分。
第四节 木材的防腐与防火 1. 木材的腐朽与防腐 (1)木材的腐朽 木材的腐朽为真菌侵害所致。真菌分霉 菌、变色菌和腐朽菌三种,前两种真菌对木 材影响较小,但腐朽菌影响很大。腐朽菌寄 生在木材的细胞壁中,它能分泌出一种酵素, 把细胞壁物质分解成简单的养分,供自身摄 取生存,从而致使木材产生腐朽,并遭彻底 破坏。真菌在木材中生存和繁殖必须具备三 个条件,即:适量的水分、空气(氧气)和 适宜的温度:温度低于5℃时,真菌停止繁 殖,而高于60℃时,真菌则死亡。
《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
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

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
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 )。
木材的力学性质49页PPT

71、既然我已经踏上这条道路,那么,任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远,吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应,言行相称。——韩非
木材的力学性质
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里,没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多,公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿;只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
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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
木材力学性质

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
木材力学基本性质和概述

(1)顺纹抗压强度的测定
我国国家标准《木材物理力学试验方法》(GB 1927-1943-91) 规定,只测定短柱的最大抗压强度。其试样尺寸为 20×20×30mm,长度平行于木材纹理;σw=P/a b
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
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
木材承受弯曲荷载时受力方式与应力分布情况
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距离 成正比,中性层的纤维承受水平方向的顺纹剪力。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。
值约为0.7,针叶树材该比值约为0.78,软阔叶树材为0.70,硬阔 叶树材为0.66。针叶树材具有较高比例极限的原因是,它的构造较 单纯且有规律;硬阔叶树环孔材因构造不均一,使这一比值最低。
(2)顺纹抗压强度试样破坏的形状
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,
第8章-木材ppt课件(全)

北京 10.3 10.7 10.6 8.5 9.8 11.1 14.7 15.6 12.8 12.2 12.2 10.8 11.4
拉萨 7.2 7.2 7.6 7.7 7.6 10.2 12.2 12.7 11.9 9.0 7.2 7.8 8.6
徐州 15.7 14.7 13.3 11.8 12.4 11.6 16.2 16.7 14.0 13.0 13.4 14.4 13.9
在试件上部受压区首先达到强度极限, 产生皱褶;最后在试件下部受拉区因
纤维断裂或撕开而破坏
1/20~1/3 1/7~1/3 1/14~1/6 1/2~1 1.5~2
4~23 50~170
大 很大
应用
木材使用的主要形式,如 柱、桩等
应用形式有枕木和垫木等
抗拉构件连接处首先因横 纹受压或顺纹受剪破坏,
难以利用
②环境温度 ③外力作用时间
④缺陷
图8.7木材的持久强度
三、木材的防护 1.木材的干燥 2.木材的防腐
(1)腐朽 (2)虫害 (3)防腐防虫的措施 ①干燥 ②涂料覆盖 ③化学处理 3.木材的防火
四、木材的应用 1.木材的初级产品
表8.4木材的初级产品
分类
说明
用途
原条
除去根、梢、枝的伐倒木
用作进一步加工
第八章 木 材
一、木材的分类与构造 1.木材的分类 (1)针叶树材 针叶树树叶如针状(如松)或鳞片状(如
侧柏),习惯上也包括宫扇形叶的银杏。 (2)阔叶树材 阔叶树树叶多数宽大、叶脉呈网状。
2.木材的构造 (1)木材的宏观构造 木材的宏观构造是指用肉眼和放大镜就能 观察到的木材组织。
图8.1树干的三个切面 1—横切面;2—径切面;3—弦切面;4—树皮;5—木质部;
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。
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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。
木材的应力-应变图(应力与应变的关系)
应力—应变曲线:表示应力与应变的关系曲线。
比例极限和弹性极限: 永久变形: 破坏应力和破坏应变: 屈服应力:
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。
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。
四、木材的塑性
设计木材作为承重构件,应力或荷载重应控制在弹性 极限或蠕变极限范围之内。 1 、 塑性与塑性变形 塑性变形:当施加于木材的应力超过木材的弹性限度时, 去除外力后,木材仍会残留一个当前不能恢复的变形, 将这个变形称为塑性变形。 塑性:木材所表现出的这一性质称为塑性。
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
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( )。
=-´/
分子表示横向应变,分母表示轴向应变。
4、弹性常数
弹性模量E、剪切弹性模量G、泊松比
二、木材的正交对称性与正交异向弹性
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。 如图所示木材具有圆柱对称 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。 1、木材的正交对称性 RT、LR、LT 分别对应橫切 面、径切面和弦切面。
第二节 弹性与木材的正交异向弹性
一、弹性与塑性 弹性指木材在外力作用下发生变形,撤除 外力后变形完全恢复的性质。 塑性:指木材在外力作用下发生变形,撤 除外力后产生永久残留变形的性质。
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。 σ=Eε
松弛曲线
松弛曲线:应力—时间曲线
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。 松弛弹性模量:单位应变 的松弛应力E(t)。
黏弹性材料的松弛曲线 (应变的速度为常数)
三. 木材的长期荷载:
1. 长期强度(或持久强度):如果木材的应力小于一定极限
应力-应变曲线
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)。
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。
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。
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)。 破坏应变:M点对应的应变(ε M ) 。
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: 横纹压缩应力——应变曲线 OA-早材的弹性曲线 AB-早材压损过程曲线 BC-晚材弹性曲线 而当弦向压缩时不出现3段式曲线
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。
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。
第四节 木材的强度、韧性与破坏
一、 木材的强度
强度是指材料抵抗外部机械力破坏的能力,表示 单位截面积上材料的最大承载能力。
木材是各向异性的高分子材料,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指标参数。
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。
力作用下(应力不变), 材料的形变随时间的增加而逐渐 增大的现象.
2、木材的典型蠕变曲线
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——弹性后效变形 剩余永久变形C2C3=DE——塑性变形 木材蠕变曲线变化表现的正是木材的黏弹性质。
它表征材料抵抗变形能力的大小。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。
这里比例常数 E 叫做弹性模量或杨氏模量 , 单位为 Mpa 。
弹性模量的倒数称为柔量。 柔量的物理意义是单位应力的变形,表征材料产生 变形的难易程度。
2、剪切弹性模量
剪切应力τ 与剪切应变γ 之间符合: τ=G γ 或 γ = τ / G G 为剪切弹性模量,或刚性模量。
山毛榉
0.750
11
13700
2240
1140
1060
1610
460
0.75
0.45
0.51
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。 针叶树材的 ER/ ET=1.8 , EL/ ET =24, EL/ ER =13.3
阔叶树材的 ER/ ET=1.9 , EL/ ET =18.5, EL/ ER =9.5 GLR>GLT>GRT 橫切面最小,针叶树材三者之比为20.5 :17:1,阔 叶树材三者之比为4.3 : 3.2 : 1. 木材的泊松比比其它材料大,变异规律为μRL > μLT>μLR.。
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建筑Fra bibliotek构件的蠕变问题
二. 木材的松弛
1. 概念(stress relaxation):指在恒定温度和形变保 持不变的情况下,木材内部的应力随时间延长而逐 渐衰减的现象。 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;而在松弛中,应变 是常数,应力是随时间变化的可变量。
四、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征状: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。湿材和软材以端部压溃破坏最为常见,破坏出现在应 力集中的地方。干的木材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。
第三节 木材的粘弹性
流变学:讨论应力---应变之间材料荷载后的弹性和黏 性的科学。(讨论材料荷载后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。
一. 木材的蠕变
1. 概念(creep):指在一定的温度和较小的恒定外
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。
反复加载-卸载的应力-应变周期图
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。
5、 蠕变的消除 对木材施加一荷载,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’ 。为了使永久变形消失而 重新获得物体的原来形状,必须施加与产生曲线应力符号相反的 应力OC’ ,而形成这段曲线B’C’ 。 当OC’继续增大到等于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’ ,也不能恢复到原形,残留 负向的永久变形E’O’ 。再次通过 反向应力OF’ ,材料才能恢复原形。 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。