木材的力学性质.ppt

第八章 木材的力学性质 (The Mechanical Properties of Wood) 木材抵抗外部机械力作用的能力称木材的力学性质。木材的力学性质包括弹性、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 （fundamental concept of woody mechanical properties） 1.应力(stress)：材料在外力作用下，单位面积上 所产生的内力。 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。 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。 图9—1为杉木弯曲时的应力—应变图。木材在比例极限应力下可近似看作弹性，在这极限以上的应力就会产生塑性变形或发生破坏。直线部分的顶点a为比例极限，从a到b虽不是直线，但属弹性范围，b点为弹性极限。a、b两点非常接近，一般不加区分。 （二）柔量(compliance)和模量(modulus) 在弹性极限范围，大多数材料的应力和应变之间 存在着一定的指数关系： — 应变 — 应力 实践证明，木材的n=1，因此上式可写成： а— 柔量 α— 为应力、应变曲线的直线部分与水平轴的夹角。柔量的倒数а-1，即为弹性模量E，简称模量。 弹性模量E(modulus of elasticity)— 在弹性极限范围内，物体抵抗外力改变其形状或体积的能力。它是材料刚性的指标。 木材的拉伸、压缩和弯曲模量大致相等，但压缩的弹性极限比拉伸的要低得多。 二、分类 （一）按力学性质分 1.强度(strength)— 是抵抗外部机械力破坏的能力。 2.硬度(hardness)— 是抵抗其它刚性物体压入的能力。 3.刚性(rigidity)— 是抵抗外部机械力造成尺寸和形状变化的能力。 4.韧性(toughness)— 是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应力的能力。 （二）按载荷形式分 1.静力载荷（static test load） 是缓慢而均匀的施载形式。木材强度测试除冲击外，都为静力载荷；胶合板在热压机中的加载形式也属静力载荷。 2.冲击载荷（shock load） 集中全部载荷在瞬间猛击的施载形式。如锻锤机下垫木所承受的载荷形式。 3.振动载荷 依次改变力的大小和方向的一种载荷形式。如枕木在铁轨下承受的载荷形式。 4.长期载荷（long-period load） 力作用时间相当长的一种施载形式。如木屋架、木梁和木柱的承载形式。 （三）按作用力的方式分 有拉伸（tension） 、压缩（conpression） 、剪切（shearing） 、弯曲（bending ; curve） 、扭转（twist）及纵向弯曲（longitudinal bending）等。 （四）按作用力的方向分 有顺纹（along the grain）和横纹（across to the grain） 。横纹又分为径向（radial）和弦向（tangential） 。 （五）按工艺要求分 1.抗劈力（cleavage ability） 是木材在尖削作用下，抵抗沿纹理方向劈开的能力。它与木材加工时劈开难易、握钉牢度和切削阻力等都有密切的关系。 2.握钉力 （nail-holding