第六章木材的力学性质mechanical properties of wood.ppt

* * 第六章 木材的力学性质 Mechanical Properties of Wood 第一节 木材力学性质的基本概念 一、木材的应力与应变： 1、应变：当木材受到外力作用，而所处的条件使其不能产生惯性移动时，木材的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化称为应变。 2、应力：木材内部发生宏观变形时，其内部各成分间以及成分内各分子之间的相对位置和距离发生变化，产生了成分间及分子之间的附加内力，抵抗着外力，并力图恢复到变化前的状态，当达到平衡时，附加内力与外力大小相等，方向相反。单位面积上的附加内力称为应力。 二、木材的弹性性能： 1、弹性：固体受到作用力而产生的变形，卸载后变形便消失，可以完全恢复其原有的形状和 大小的性能。 2、弹性模量：在比例极限以下，应力与应变的关系服从虎克定律，即应力与应变成正比，比例常数称为弹性模量。 弹性模量（E）=应力（σ ）/应变（ε） 弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗变形能力的大小，其值愈大，愈不容易变形，表示材料刚度愈大。 三、木材的塑性与塑性变形： 1、塑性：当应力超过比例极限应力时，应变不随应力成比例增加，而是应变迅速增长；即使应力不再增大，应变也能增加，该点称为屈服点；材料的应力不变而变形继续的性质称为塑性。 2、塑性变形：指外力去除后，也不能恢复原状的永久变形。 弹性变形实际上是分子内的变形和分子间键距的伸缩； 塑性变形实际上是分子间相对位置的错移。 强度：是指木材在规定的方向上能够抵抗最大荷载的能力。 韧性：是指骤然荷载下的抵抗力，亦即木材抵抗冲击的能力。 虽然强度和韧性最终都会达到破坏的水平，但达到破坏的量值是完全不同的。 韧性在数量上是以需要的能量计的（J/㎡），而强度的量值是应力（Pa）。 四、木材强度、韧性和破坏： 1、影响强度的因素： （1）施加应力的方式及方向： （2）木材的宏观构造： ①密度：影响木材强度的最主要因素是密度。一般来说，密度增加，强度增加。 ②纹理角度与节疤： （3）木材的微观构造：指细胞壁S2层微纤丝与纵轴的夹角大小。 （4）含水率与温度： ①含水率：一般来讲，在纤维饱和点以下， 含水率降低，则木材强度提高。 ②温度：木材和其它许多材料一样，强度随温度的降低而增加。但温度的改变又要同时考虑含水率的变化。 （5）施加应力速率和荷载作用： ①施加应力速率：木材属于粘弹性材料，因而木材的力学强度与时间有依从关系，而荷载的速率对木材的极限强度有明显的影响。 ②荷载期：是指施加荷载所持续的时间。 2、韧性： 影响木材强度的诸多因素，对木材的韧性也产生相应的影响。 木材的韧性随密度的增加而成比例增长。 阔叶环孔材生长轮宽度大，韧性亦好。 针叶树材生长轮宽度大，韧性反而下降。 纹理角度对木材的韧性很敏感，即顺纹理韧性很低，横纹理韧性很高。 3、破坏：是木材最重要的力学性质之一，其顺纹极限压应力比顺纹极限拉应力小得多。 第二节 木材的流变学特性 在施加产生变形的外力下，对物体变形和流动的研究，即探讨材料荷载后的弹性和粘性的科学，称为流变学。 一、木材的蠕变： 在恒定的应力下，木材应变随时间而增加的现象，称为蠕变。 二、木材的松弛： 在应变为常数的情况下，应力随时间而减小的现象，称为松弛。 弹性-塑性体的变形与以时间为函数的关系（即蠕变曲线） 木材的蠕变曲线如下： 第三节 木材的各种力学强度及测试方法 一、抗拉强度：木材受外力拉伸使其纤维滑移，由此产生的抵抗力。 1、顺纹抗拉强度：木材抵抗顺纹拉伸的最大应力。是木材的最大强度，约两倍于顺纹抗压强度，12～40倍于横纹抗压强度，顺纹剪切强度仅为顺纹抗拉强度的6% ～10%。 2、横纹抗拉强度：木材抵抗垂直于纹理拉伸的最大应力。其值很低，且在木材干燥中往往导致开裂。 二、抗压强度： 1、顺纹抗压强度： （1）概念：在短时间内沿木材顺纹方向缓缓施加压缩荷载，木材所能承受的最大能力，称为顺纹抗压强度。 其值为横纹抗压强度的5 ～15倍，约为顺纹抗压强度的50%。 木材顺纹抗压强度是最具代表性的力学特性指标。 木材的顺纹抗压强度主要取决于细胞壁化学成分中的木素，木素在木材构造中赋予木材抗压强度和刚度。 （2）计算及试验方法： ①计算：δw =Pmax/b · t δ12 = δw 〔1+0.05（w－12）〕 ②试验方法：按照国标 GB1935—91《木材顺纹抗压强度试验方法》的规定进行测试，试样尺寸为20×20×30mm3 2、横纹抗压强度： （1）概念：指木材在垂直纹理方向抵抗比例极限时