（精）木材的力学性质.ppt

第 6 章 木材力学性质 木材力学性质： 木材力学性质的各向异性 （材料力学的基本假设） 学习难点 6.1 木材力学基础理论与特点 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。 5.1.5.2 多孔性 木材主要是细胞组成，微观构造上横切面所观察到细胞断面为孔眼；径切面、弦切面上为中空管状，及细胞壁上纹孔等；宏观构造上，导管分子孔状结构等。 5.1.5.3 木材力学性质各向异性 前述木材物理性质（干缩性、热、电、声学等）构造性质各向异性，同样木材力学性质亦存在着各向异性。木材大多数细胞轴向排列，仅少量木射线径向排列。木材为中空的管状细胞组成，其各个方向施加外力，木材破坏时产生的极限应力不同。例如顺纹抗拉强度可达120.0-150.0Mpa，而横纹抗拉强度仅3.0-5.0Mpa(C-H,H-O)，这主要与其组成分子的价键不同所致。轴向纤维素链状分子是以C-C、 C-O键连接，而横向纤维素链状分子是以C-H、H-O连接，二者价键的能量差异很大。 5.1.5.4 木材的亲湿性 前述纤维饱和点是材性变化转折点，木材含水率在纤维饱和点以下时，如木材中纤维素和半纤维素分子上游离羟基吸收空气中水分子，会使木材体积、密度发生变化，从而导致木材强度发生变化。 5.1.5.5 木材力学性质变异性 不同树种,木材力学性质不同。同一树种，不同部位不同力学性质不同.同一树种,生长条件不同力学性质不同；同时木材各种缺隙如节子，纹理、腐朽等都会影响木材力学性能。 5.2 木材主要力学性质测定原理与方法 木材力学性质研究，适及到力学种类、受力方向、静力荷载与动力荷载以及加工工艺等。木材的强度象其它材料一样，可分为抗拉、抗压、抗剪、抗弯、抗扭、抗劈、耐磨性、抗冲击和硬度等。木材是非均质性的各向异性材料，其纵向、径向和弦向三个方向力学强度具有明显的差异。木材主要力学性质的测定主要采用静力荷载进行。 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。 5.2.1.2 横纹抗拉强度 5.2.2 木材的抗压强度 5.2.2.1 顺纹抗压强度 木材顺纹抗压强度是指木材沿纹理方向承受压力荷载的最大能力，主要用于诱导结构材和建筑材的榫接合类似用途的容许工作应力计算和柱材的选择等，如木结构支柱、矿柱和家具中的腿构件所承受的压力。 木柱有长柱与短柱之分。当长度与最小断面的直径之比小于11或等于11时为短柱，大于11时为长柱，长柱亦称欧拉柱。长柱以材料刚度为主要因素，受压不稳定，其破坏不是单纯的压力所致，而是纵向上会发生弯曲、产生扭矩，最后导致破坏，它已不属于顺纹抗压的范畴。 （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， 5.2.2.2 横纹抗压强度 横纹抗压强度的测定有两种方式:横纹全部拉压和横纹局部抗压强度。荷载作用于试样的全部，称为横纹全部拉压强度；荷载作用于试样的局部，称为横纹局部抗压强度。依荷载作用于年轮的方向，分为弦向抗压和径向抗压。外力相切于年轮的方向为弦向，垂直于年轮的方向为径向。因此横纹横纹抗压强度有径向全部抗压、弦向全部抗压与径向局部抗压、弦向局部抗压四种形式 5.2.3 木材的抗弯强度 5.2.3.1 木梁承受弯曲荷载时应力的分布