木材的力学性质.ppt

六、硬度(hardness)我国木材硬度试验是采用半径为5.64mm的钢球，在静荷载下压入试样深度为5.64mm时，其横断面积恰好为100mm2。对于压入后试样易裂的树种，钢半球压入的深度允许减至2.82mm，此时截面积为75mm2。硬度试样尺寸为50×50×70mm，后一尺寸为顺纹尺寸。硬度可分弦面、径面和端面3种。硬度可按下式计算：式中：P—钢半球压入试样规定深度时的荷载（N）；K—压入深度为5.64或2.82mm时系数，分别等于1或4/3。木材端面硬度高于侧面，针叶材平均高出35%，阔叶材平均高出25%左右。大多数树种的弦面和径面硬度相近，但木射线发达的麻栎、青冈栎等树种的木材硬度，弦面可高出径面5%~10%。木材密度对硬度影响极大，密度愈大，则硬度也愈大。第37页,共47页，星期六，2024年，5月七、主要力学性质间的关系木材的各种力学性质间存在着相关关系。如能找出某种力学性质与其它力学性质的相关方程，就能通过实测一、二种力学性质值，来估断该木材的其它力学性能，并为非破坏性测试提供理论依据。如木材无损强度试验，即采用非破坏性的弹性模量的测试，然后利用弹性模量与抗弯强度的关系，估测出抗弯强度，以达到木材应力分等的目的。据统计，我国250多个树种的力学性质的平均值范围（MPa）大致如下：顺压强度40~50MPa；抗弯强度80~100MPa；顺拉强度120~150MPa；顺剪强度12~15MPa。因此主要强度间有以下比例关系：顺压：弯曲：顺拉：顺剪=1：2：3：0.30。第38页,共47页，星期六，2024年，5月第六节影响木材力学性质的主要因素影响木材力学性质的因素，除木材构造之外，还与木材中的水分、密度、作用时间、温度和纹理等因素有关。关于荷载和时间的影响，在第三节中已有详述。一、水分的影响木材吸附水存在于细胞壁中的微纤丝之间，起着润滑作用，允许微纤丝之间有一定的滑移或相对位移。若水分散失了，微纤丝之间紧密靠拢，吸引力增大，对滑动位移有很强的摩擦阻力。所以，（1）当含水率低于纤维饱和点时，木材强度随细着水的增加而降低；（2）当含水率在纤维饱和点时，强度达最低值；（3）当含水率高于纤维饱和点时，自由水含量增加，其强度值不再减少，基本保持恒定。强度的含水率调整系数α—木材在吸着水范围内，含水率每改变1%时的强度变化百分率。第39页,共47页，星期六，2024年，5月通常用α表示。木材各类强度的α是各不相同的。我国木材物理力学性质试验国家标准规定的各种强度α值如下：顺压强度0.05，横压强度0.045，静曲强度0.04，硬度0.03，顺剪强度0.03，横拉强度0.025，顺拉强度和静曲模量0.015，冲击韧性和抗劈力均为0。为了统计和相互比较，应将不同含水率的木材强度换算成同一含水率下的强度。我国国家标准所规定的含水率为12%，可采用以下公式计算：σ12=σW[1+α(W-12)]式中：σ12和σW分别为含水率为12%和W%时的强度值。α为含水率换算系数，随强度性质而异。上式适用的含水率范围为8%~15%，试验时应采用气干材。第40页,共47页，星期六，2024年，5月二、木材密度的影响木材的力学性质与单位体积中木材实质量有关，即与木材密度有着极为密切的关系。两者的关系可用以下数学式表示：S=aρb，S表示各类力学性质，ρ是木材密度，a是比例常数，b是关系曲线的形状指数，a和b随力学性质类型不同而异。木材力学性质和密度的关系除指数曲线外，多数表现为直线关系。即使是指数关系，因指数b值如与1相差不多，也可近似用直线方程S=aρ或S=aρ+b表示。当强度与密度关系简化成S=aρ时，a=S/ρ，a即为强重比。三、温度的影响温度对强度的影响甚为复杂，它与温度的高低、受热时间的长短、木材密度、含水率、树种和强度性质等诸多因子有关。此外尚会形成个因子与温度对强度的综合影响。第41页,共47页，星期六，2024年，5月（一）正温度正温度的变化会导致木材含水率及其分布产生变化，由此造成内应力和干燥等缺陷。正温度除通过它们对木材强度的有间接影响外，还对木材强度有直接影响。造成这种影响的因素有二，