11第八章 木材的力学性质.ppt

第八章 木材的力学性质 第一节 应力与应变 一、应力与应变 1、应力(σ ) ：物体在受到外力作用时，物体自身产生的抵抗外力而保持平衡的力。 2、应变(ε ) ：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。 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： 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。 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 ) 。 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)。 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 这里比例常数E叫做弹性模量或杨氏模量,单位为Mpa。 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。 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。 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 2、木材的正交异向弹性常数 方程中9个独立的弹性常数来反映木材的正交异向性，这些常数是：3个弹性模量、3个剪切弹性模量和3个泊松比。不同树种间的这9个常数值是存在差异。 第三节 木材的粘弹性 一. 木材的蠕变 1. 概念(creep)：指在一定的温度和较小的恒定外力作用下(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。 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 、 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。 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