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1、 第第8 8章章 木材的力学性质木材的力学性质 主要介绍: 木材力学性质的基本概念 木材的应力应变关系 木材的黏弹性 木材的塑性 木材的强度与破坏 单轴应力下木材的变形与破坏特点 基本的木材力学性能指标 影响木材力学性质的主要因素等木材的力学性质：木材的力学性质： 是度量木材抵抗外力的能力，研究木材是度量木材抵抗外力的能力，研究木材应力与变形有关的影响因素。应力与变形有关的影响因素。8.1.1 应力与应变的概念应力与应变的概念内力：物体受到外力时具有形变的内力：物体受到外力时具有形变的趋势，其内部会产生相应的抵抗趋势，其内部会产生相应的抵抗外力所致变形作用的力，称为内外力所致变形作用的力，称为
2、内力。力。应力应力: 指物体在外力作用下单位面积指物体在外力作用下单位面积上的上的内力内力。 应变：应变：外力作用下，物体单位长度上的尺寸或形状的外力作用下，物体单位长度上的尺寸或形状的变化。应变也分为正应变或剪应变。变化。应变也分为正应变或剪应变。 应力的基本类型：应力的基本类型：拉应力、压应力、剪应力拉应力、压应力、剪应力u拉应力拉应力=P/Au压应力压应力=-P/Au剪应力剪应力=P/AQ 8.1.1.2 应变应变 = L / LLLP8.1.2 应力与应变的关系应力与应变的关系 8.1.2.1 应力应力应变曲线应变曲线 应力应力应变曲线：横坐标表示外力作用下产生的变形。应变曲线：横坐标
3、表示外力作用下产生的变形。曲线曲线特征：应力特征：应力-应变曲线从原点应变曲线从原点0开始的直线部分和开始的直线部分和0P和连续的和连续的曲线部分曲线部分PEDM组成。曲线的终点组成。曲线的终点M表示物体的破坏点。表示物体的破坏点。ab应力应力- -应变曲线（模式图）应变曲线（模式图） 8.1.2.2 比例极限与永久变形比例极限与永久变形 比例极限应力：直线部分的上端点比例极限应力：直线部分的上端点P对应的应力。对应的应力。 比例极限应变：直线部分的上端点比例极限应变：直线部分的上端点P对应的应变。对应的应变。 弹性极限：弹性极限：PE点间对应的应力。应力在点间对应的应力。应力在E点以下，除去
4、点以下，除去应力，物体的应变会完全恢复，这样的应变叫应力，物体的应变会完全恢复，这样的应变叫弹性应变弹性应变。 塑性应变（永久应变）：应力超过弹性限度，这时如果除去塑性应变（永久应变）：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。应力，应变不会完全回复，其中一部分会永久残留。 ab应力应力- -应变曲线（模式图）应变曲线（模式图）屈服应力8.1.2.3 破坏应力与破坏应变破坏应力与破坏应变 破坏应力、极限强度：应力在破坏应力、极限强度：应力在M点达到最大值，物体点达到最大值，物体 产生破坏产生破坏(M)。破坏应变：破坏应变：M点对应的应变点对应的应变( M )
5、。ab应力应力- -应变曲线（模式图）应变曲线（模式图）8.1.2.4 屈服应力屈服应力 当应力值超过弹性限度值并保持基本上一定，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为急剧增大的转变点处的应力叫屈服应力(Y)。ab应力应力- -应变曲线（模式图）应变曲线（模式图）8.1.2.5 木材应力与应变的关系木材应力与应变的关系 木材的应力与应变的关系属于既有弹性又有木材的应力与应变的关系属于既有弹性又有塑性的材料塑性的材料黏弹性材料。在较小应力和较短时黏弹性材料。在较小应力和
6、较短时间的条件下，木材的性能十分接近于弹性材料；反间的条件下，木材的性能十分接近于弹性材料；反之，则近似于黏弹性材料。之，则近似于黏弹性材料。ab应力应力- -应变曲线（模式图）应变曲线（模式图）8.2 弹性与木材的正交异向弹性弹性与木材的正交异向弹性 8.2.1 弹性与弹性常数弹性与弹性常数 8.2.1.1 弹性弹性 弹性：应力解除后即产生应变完全回复的性质。弹性：应力解除后即产生应变完全回复的性质。 8.2.1.2 弹性常数弹性常数 （1） 弹性模量和柔量弹性模量和柔量 弹性模量（弹性模量（ E ）：物体产生单位应变所需要的应力，它表征材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
7、的大小，料抵抗变形能力的大小，E=应力应力/应变应变 物体的弹性模量值愈大，在外力作用下愈不易变形，材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。料的强度也愈大。 柔量：柔量：弹性模量的倒数，表征材料在荷载状态下产生变形的难易弹性模量的倒数，表征材料在荷载状态下产生变形的难易程度。程度。 （2 2） 剪切弹性模量剪切弹性模量 剪切应力剪切应力与剪切应变与剪切应变之间符合：之间符合： = =G G 或或 = =/ /G G G G 为剪切弹性模量，或刚性模量。为剪切弹性模量，或刚性模量。（3 3） 泊松比泊松比 物体的弹性应变在产生应力主轴方向收缩（拉伸）的同时还物体的弹性应
8、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，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将横向应变与轴向应变之比称为泊松比（称为泊松比（ ）。）。 分子表示横向应变，分母表示轴向应变。分子表示横向应变，分母表示轴向应变。（4 4） 弹性常数弹性常数 弹性模量弹性模量E E、剪切弹性模量、剪切弹性模量G G、泊松比通常统称为弹性常数。、泊松比通常统称为弹性常数。8.2.2 8.2.2 木材的正交对称性与正交异向弹性木材的正交对称性与正交异向弹性木材的正交对称性与正交异向弹性木材的正交对称性与正交异向弹性 8.2.2.1 正交异向弹性正交异向弹性 木材木材为
9、正交异性体。弹性的正交异性为正交异向弹性。 8.2.2.2 木材的正交对称性木材的正交对称性 木材具有圆柱对称性，使它成为木材具有圆柱对称性，使它成为木材具有圆柱对称性，使它成为木材具有圆柱对称性，使它成为近似呈柱面对称的正交对称性物体。近似呈柱面对称的正交对称性物体。近似呈柱面对称的正交对称性物体。近似呈柱面对称的正交对称性物体。符合正交对称性的材料，可以用虎克符合正交对称性的材料，可以用虎克符合正交对称性的材料，可以用虎克符合正交对称性的材料，可以用虎克定律来描述它的弹性定律来描述它的弹性定律来描述它的弹性定律来描述它的弹性。木材正交对称性木材正交对称性 方程中有方程中有3个弹性模量、个弹
10、性模量、3个剪切弹性模量和个剪切弹性模量和3个泊松比。不同树种间的这个泊松比。不同树种间的这9个常数值是存在差异。个常数值是存在差异。木材是高度各向异性材木材是高度各向异性材料，木材三个主方向的料，木材三个主方向的弹性模量即弹性模量即ELER ET。材料密度g/cm3含水率%ELMPaERMPaETMPaGLTMPaGLRMPaGTRMPaRTLRLT针叶树材 云杉0.3901211583896496690758390.430.370.47 松木0.550101627211035736761172660.680.420.51 花旗松0.59091640013009009101180790.63
11、0.430.37阔叶树材 轻木0.20096274296103200310330.660.230.49 核桃木0.590111123911726216908962280.720.490.63 白蜡木0.670915790151682789613102690.710.460.51山毛榉0.750111370022401140106016104600.750.450.51几种木材的弹性常数几种木材的弹性常数8.3 木材的粘弹性木材的粘弹性 与弹性材料相对，粘性流体没有固定的形状，应变随时间而连与弹性材料相对，粘性流体没有固定的形状，应变随时间而连续增加，除去应力后变形不可恢复，黏性流体所表现的这个
12、性质续增加，除去应力后变形不可恢复，黏性流体所表现的这个性质就被称为粘性。木材作为生物材料，同时具有弹性和黏性两种不就被称为粘性。木材作为生物材料，同时具有弹性和黏性两种不同机理的变形。同机理的变形。 木材在长期载荷情况下的变形将会逐渐增加，若载荷很小，经木材在长期载荷情况下的变形将会逐渐增加，若载荷很小，经过一段时间后，变形就不再增加。当载荷超过其极限值时，变形过一段时间后，变形就不再增加。当载荷超过其极限值时，变形随着时间而增加，直到木材破坏，木材这种性质就像流体的性质，随着时间而增加，直到木材破坏，木材这种性质就像流体的性质，运动时受到黏性和时间的影响。运动时受到黏性和时间的影响。所以讨
13、论木材变形时要对木材的所以讨论木材变形时要对木材的弹性和黏性同时进行考虑，将木材这种同时具有弹性固体和黏性弹性和黏性同时进行考虑，将木材这种同时具有弹性固体和黏性流体的综合特性称为黏弹性。流体的综合特性称为黏弹性。 蠕变和松弛是黏弹性的主要内容。蠕变和松弛是黏弹性的主要内容。 8.3.1 8.3.1 木材的蠕变木材的蠕变 8.3.1.1 8.3.1.1 蠕变蠕变 蠕变：蠕变：在恒定应力下，木材应变随时间的延长而逐渐增大的现象。在恒定应力下，木材应变随时间的延长而逐渐增大的现象。 瞬时弹性变形瞬时弹性变形: :与加荷速度相适应的变形，它服从于虎克定律；与加荷速度相适应的变形，它服从于虎克定律；
14、黏弹性变形黏弹性变形: :加荷过程终止，木材立即产生随时间递减的弹性变形；加荷过程终止，木材立即产生随时间递减的弹性变形； 塑性变形塑性变形: :最后残留的永久变形。最后残留的永久变形。 差异：差异： 黏弹性变形黏弹性变形是纤维素分子链的卷曲或伸展造成的，变形是可逆的，是纤维素分子链的卷曲或伸展造成的，变形是可逆的，但较弹性变形它具有时间滞后性。但较弹性变形它具有时间滞后性。 塑性变形塑性变形是纤维素分子链因荷载而彼此滑动，变形是不可逆转的。是纤维素分子链因荷载而彼此滑动，变形是不可逆转的。 8.3.1.2 蠕变曲线蠕变曲线 OA-加载后的瞬间弹性变形加载后的瞬间弹性变形 AB-蠕变过程，（蠕
15、变过程，（t0t1）t BC1 -卸载后的瞬间弹性回复，卸载后的瞬间弹性回复，BC1=OA C1D-蠕变回复过程，蠕变回复过程，t 缓慢回复缓慢回复 故蠕变故蠕变AB包括两个组分：包括两个组分： 弹性的组分弹性的组分C1C2初次蠕变（弹性后效变形）初次蠕变（弹性后效变形） 剩余永久变形剩余永久变形C2C3=DE二次蠕变（塑性变形）二次蠕变（塑性变形） 木材蠕变曲线变化表现的正是木材的黏弹性质。木材蠕变曲线变化表现的正是木材的黏弹性质。木材的蠕变曲线木材的蠕变曲线8.3.1.3 蠕变规律蠕变规律 （1 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）对木材施载产生瞬时变形后，变形有
16、一随时间推移而增大的蠕变过程；过程；（2 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；）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 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）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；恢复蠕变部分；（4 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，）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；即蠕变的不可恢复部分；（5 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。）蠕变变形值等于可恢复蠕变变形值和不可
17、恢复蠕变变形值之和。木材的蠕变曲线木材的蠕变曲线8.3.1.4 单向应力循环加载时的蠕变特点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，每个应力加载以一个方向的应力循环作用于木材，每个应力加载卸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。当于各周期中能量的消耗。 能量的损耗随着每个周期增大，意味着在变形中做了更多的能量的损耗随着每个周期增大，意味着在变形中做了更多的能量的损耗随着每个周期增大，意味着在变形中做了更多的能量的损耗随着每个周期增大，意味着在变形中做了更多的功，同时造成功，同时
18、造成功，同时造成功，同时造成材料蠕变的不可恢复部分越来越大材料蠕变的不可恢复部分越来越大材料蠕变的不可恢复部分越来越大材料蠕变的不可恢复部分越来越大。反复加载反复加载- -卸载的应力卸载的应力- -应变周期图应变周期图 8.3.1.5 蠕变的消除蠕变的消除 对木材施加一荷载，荷载初期产生应力对木材施加一荷载，荷载初期产生应力应变曲线应变曲线OAOA，卸载产生曲线卸载产生曲线A B ，残留了永久变形残留了永久变形OB 。为了使永久变为了使永久变形消失而重新获得物体的原来形状，必须施加与产生曲线应力符形消失而重新获得物体的原来形状，必须施加与产生曲线应力符号相反的应力号相反的应力OC ，而形成这段
19、曲线而形成这段曲线B C ； 当当当当OC 继续增大到等于继续增大到等于继续增大到等于继续增大到等于A A P P ， B C 将延至将延至将延至将延至C D ；卸去；卸去；卸去；卸去这个符号相反的应力，产生应力这个符号相反的应力，产生应力这个符号相反的应力，产生应力这个符号相反的应力，产生应力应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线D E ，也不能恢复到，也不能恢复到，也不能恢复到，也不能恢复到原形，残留负向的永久变形原形，残留负向的永久变形原形，残留负向的永久变形原形，残留负向的永久变形E O 。再次通过反向应力。再次通过反向应力。再次通过反向应力。再次通过反向应力OF OF ，材材材材料才能恢复
20、原形。如果再继续增大料才能恢复原形。如果再继续增大料才能恢复原形。如果再继续增大料才能恢复原形。如果再继续增大应力，则产生曲线应力，则产生曲线应力，则产生曲线应力，则产生曲线F F A A ，与原与原与原与原曲线构成一个环状闭合。曲线构成一个环状闭合。曲线构成一个环状闭合。曲线构成一个环状闭合。 A A B D F F 封闭曲线所包围的面积相封闭曲线所包围的面积相封闭曲线所包围的面积相封闭曲线所包围的面积相当于整个周期中的能量损耗。当于整个周期中的能量损耗。当于整个周期中的能量损耗。当于整个周期中的能量损耗。多向应力作用下蠕变的消除多向应力作用下蠕变的消除8.3.1.5 建筑木构件的蠕变问题建
21、筑木构件的蠕变问题木梁变形大就是符合此原理 8.3.2 木材的松弛木材的松弛 8.3.2.1 松弛松弛 松弛松弛:在恒定应变条件下应力随时间的延长而逐渐减少的现象。在恒定应变条件下应力随时间的延长而逐渐减少的现象。 松弛与蠕变的区别在于：松弛与蠕变的区别在于：在蠕变中，应力是常数，应变是随在蠕变中，应力是常数，应变是随时间变化的可变量；而在松弛中，应变是常数，应力是随时间时间变化的可变量；而在松弛中，应变是常数，应力是随时间变化的可变量。变化的可变量。 8.3.2.2 松弛曲线松弛曲线 松弛曲线松弛曲线:应力应力时间曲线时间曲线 m为松弛系数。为松弛系数。 松弛系数随树种和应力种松弛系数随树种
22、和应力种类而有不同，但更受密度和类而有不同，但更受密度和含水率影响，含水率影响，m值与密度成值与密度成反比，与含水率成正比。反比，与含水率成正比。黏弹性材料的松弛曲线黏弹性材料的松弛曲线( (应变的速度为常数应变的速度为常数) )8.3.3 8.3.3 木材的塑性木材的塑性木材的塑性木材的塑性 设计木材作为承重构件设计木材作为承重构件,应力或荷载重应控制在弹性极应力或荷载重应控制在弹性极限或蠕变极限范围之内。限或蠕变极限范围之内。 8.3.3.1 塑性与塑性变形塑性与塑性变形 塑性变形塑性变形:当施加于木材的应力超过木材的弹性限度时，去除当施加于木材的应力超过木材的弹性限度时，去除外力后，木材
23、仍会残留一个当前不能恢复的变形，将这个变外力后，木材仍会残留一个当前不能恢复的变形，将这个变形称为塑性变形。形称为塑性变形。 塑性塑性:木材所表现出的这一性质称为塑性。木材所表现出的这一性质称为塑性。 木材的塑性是由于在应力作用下，木材的塑性是由于在应力作用下，高分子结构的变形高分子结构的变形及相互间相对移动及相互间相对移动的结果。木材属于塑性较小的材料。的结果。木材属于塑性较小的材料。 8.3.3.2 木材塑性的影响因素木材塑性的影响因素 影响木材塑性的重要因素有木材的影响木材塑性的重要因素有木材的多孔性、木材的含水率多孔性、木材的含水率和温度，其中含水率和温度和温度，其中含水率和温度的影响
24、十分显著。的影响十分显著。 含水率含水率:随随W 而增大。而增大。 温温 度度:随随T 而加大，这种性质往往被称为热塑性。而加大，这种性质往往被称为热塑性。木材的塑性，其变形是暂时的固定，这时木材处于一种稳态。如果木材的塑性，其变形是暂时的固定，这时木材处于一种稳态。如果改变其温度、湿度等外界条件的话，如温度升高，含水率加大时，改变其温度、湿度等外界条件的话，如温度升高，含水率加大时，木材的变形会逐渐恢复、消失。只有采用一些化学处理、水热处木材的变形会逐渐恢复、消失。只有采用一些化学处理、水热处理、水蒸气处理等方式或者是消除木材的内部应力等才有可能是理、水蒸气处理等方式或者是消除木材的内部应力
25、等才有可能是木材的变形产生永久变形。木材的变形产生永久变形。 8.3.3.3 木材塑性的应用木材塑性的应用 干燥时，木材由于不规则干缩所产生的内应干燥时，木材由于不规则干缩所产生的内应力会破坏其组织的内聚力，而塑性的产生可以抵消力会破坏其组织的内聚力，而塑性的产生可以抵消一部分木材的内应力。一部分木材的内应力。 木材横纹压缩变形的定性处理中，通常以高温木材横纹压缩变形的定性处理中，通常以高温高湿条件保持住木材的变形，正利用了温度和含水高湿条件保持住木材的变形，正利用了温度和含水率对木材塑性变形的影响。率对木材塑性变形的影响。 在微波加热弯曲木材处理时，会使木材的基体在微波加热弯曲木材处理时，会
26、使木材的基体物质塑化，使其变形增加到原弹性变形的物质塑化，使其变形增加到原弹性变形的30倍，倍，产生连续而光滑的显著变形，而不出现弯曲压缩一产生连续而光滑的显著变形，而不出现弯曲压缩一侧微组织的破坏，是木材塑性变形的一个典型实例侧微组织的破坏，是木材塑性变形的一个典型实例 6.4 木材的强度、韧性与破坏木材的强度、韧性与破坏 6.4.1 木材的强度木材的强度 强度是指材料抵抗其受施应力而不致破坏的能力，强度是指材料抵抗其受施应力而不致破坏的能力，表示表示单位截面积上材料的最大承载能力单位截面积上材料的最大承载能力。 木材是各向异性的高分子材料，根据所施加应力的木材是各向异性的高分子材料，根据所
27、施加应力的方式和方向的不同，木材具有顺纹抗拉强度、顺纹抗压强方式和方向的不同，木材具有顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度、横纹抗压强度、抗弯强度等多项力学强度指标参数。度、横纹抗压强度、抗弯强度等多项力学强度指标参数。 6.4.2 木材的韧性木材的韧性 韧性韧性是指材料在不致破坏的情况下所能抵是指材料在不致破坏的情况下所能抵御的瞬时最大冲击能量值。御的瞬时最大冲击能量值。 韧性材料往往是强度大的材料，但也有不韧性材料往往是强度大的材料，但也有不符合这个关系的。符合这个关系的。 6.4.3 木材的破坏木材的破坏 6.4.3.1 破坏破坏 木材结构破坏是指其组织结构在外力或外木材结构破坏是指其组织结构在外
28、力或外部环境作用下发生断裂、扭曲、错位，而使木材部环境作用下发生断裂、扭曲、错位，而使木材宏观整体完全丧失或部分丧失原有物理力学性能宏观整体完全丧失或部分丧失原有物理力学性能的现象。木材的强度超过极限应力就会出现破坏，的现象。木材的强度超过极限应力就会出现破坏，破坏时作为建筑材料在安全设计中必须考虑的问破坏时作为建筑材料在安全设计中必须考虑的问题。题。 6.4.3.2 木材破坏的原因木材破坏的原因 纤维素赋予木材弹性和强度；纤维素赋予木材弹性和强度； 木质素赋予木材硬度和刚性；木质素赋予木材硬度和刚性； 半纤维素起填充作用，它赋予木材剪切强度。半纤维素起填充作用，它赋予木材剪切强度。 从细胞壁
29、结构和细胞壁结构物质的性质来看，从细胞壁结构和细胞壁结构物质的性质来看，木材发生破坏的原因是木材发生破坏的原因是微纤丝和纤维素骨架的填充微纤丝和纤维素骨架的填充物的撕裂，或纤维素骨架的填充物的剪切，或纤维物的撕裂，或纤维素骨架的填充物的剪切，或纤维被压溃所引起。被压溃所引起。任何条件对木材破坏的决定性作用任何条件对木材破坏的决定性作用都取决于应力状态的类型都取决于应力状态的类型。 6.4.4 6.4.4单轴应力下木材的变形与破坏特点单轴应力下木材的变形与破坏特点单轴应力下木材的变形与破坏特点单轴应力下木材的变形与破坏特点 6.4.4.1顺纹压缩顺纹压缩 顺纹压缩破坏的宏观征状顺纹压缩破坏的宏观
30、征状：最初现象是横跨侧面的细线：最初现象是横跨侧面的细线条，随着作用力加大，变形随之增加，材面上开始出现皱褶。条，随着作用力加大，变形随之增加，材面上开始出现皱褶。 破坏形状和破坏部位常取决于木材含水率和硬度等因破坏形状和破坏部位常取决于木材含水率和硬度等因素。素。湿材和软材湿材和软材以端部压溃破坏最为常见，破坏出现在应力以端部压溃破坏最为常见，破坏出现在应力集中的地方集中的地方。干的木材干的木材通常产生劈裂而破坏，这是由于纤维通常产生劈裂而破坏，这是由于纤维或木射线的撕裂，而非木射线与邻接的构造分子之间的分离。或木射线的撕裂，而非木射线与邻接的构造分子之间的分离。 6.4.4.2横纹压缩横纹
31、压缩 木材横纹压缩是指作用力方向与木材纹理方向相垂直的压木材横纹压缩是指作用力方向与木材纹理方向相垂直的压缩。缩。 木材进行压缩时，应力木材进行压缩时，应力应变关系是一条非线性的曲线：应变关系是一条非线性的曲线： 常规型常规型是散孔材横压时的特征，为不具平台的连续曲线。是散孔材横压时的特征，为不具平台的连续曲线。 三段型三段型是针叶树材和阔叶树材是针叶树材和阔叶树材 环孔材环孔材径向径向受压时的特征曲线受压时的特征曲线:横纹压缩应力横纹压缩应力应变曲线应变曲线OA-早材的弹性曲线早材的弹性曲线AB-早材压损过程曲线早材压损过程曲线BC-晚材弹性曲线晚材弹性曲线而当弦向压缩时不出现而当弦向压缩时
32、不出现3段式曲线段式曲线 6.4.4.3顺纹拉伸顺纹拉伸 木材顺纹拉伸破坏主要是纵向撕裂和微纤丝之间木材顺纹拉伸破坏主要是纵向撕裂和微纤丝之间的剪切。的剪切。微纤丝纵向结合非常牢固，所以顺纹拉伸时的变微纤丝纵向结合非常牢固，所以顺纹拉伸时的变形不大，通常应变值小于形不大，通常应变值小于1%3%，强度值却很高。即，强度值却很高。即使在这种情况下，微纤丝本身的拉伸强度也未能充分发挥，使在这种情况下，微纤丝本身的拉伸强度也未能充分发挥，因为木材的纤维会在微纤丝之间撕开。木材顺纹剪切强度因为木材的纤维会在微纤丝之间撕开。木材顺纹剪切强度特别低，通常只有顺纹抗拉强度的特别低，通常只有顺纹抗拉强度的6%1
33、0%。顺纹拉。顺纹拉伸时，微纤丝之间产生滑移使微纤丝撕裂破坏，其破坏断伸时，微纤丝之间产生滑移使微纤丝撕裂破坏，其破坏断面通常呈锯齿状、细裂片状或针状撕裂。其断面形状的不面通常呈锯齿状、细裂片状或针状撕裂。其断面形状的不规则程度，取决于木材顺拉强度和顺剪强度之比值。一般规则程度，取决于木材顺拉强度和顺剪强度之比值。一般健全材该比值较大，破坏常在强度较弱的部位剪切开，破健全材该比值较大，破坏常在强度较弱的部位剪切开，破坏断面不平整，呈锯齿状木茬。坏断面不平整，呈锯齿状木茬。 6.4.4.4横纹拉伸横纹拉伸 木材横纹拉伸分径向拉伸和弦向拉伸。木材横纹拉伸分径向拉伸和弦向拉伸。 木材的横纹拉伸强度很
34、低，只有顺纹拉伸强度的木材的横纹拉伸强度很低，只有顺纹拉伸强度的1/351/65。由此可知，木材在径向和弦向拉伸时。由此可知，木材在径向和弦向拉伸时的强度差，取决于木材密度及射线的数量与结构。的强度差，取决于木材密度及射线的数量与结构。 在任何木构件的部件中，都要避免产生在任何木构件的部件中，都要避免产生横纹拉伸应横纹拉伸应力。力。 6.4.4.5顺纹剪切顺纹剪切 顺纹剪切、横纹剪切和切断。木材使用中顺纹剪切、横纹剪切和切断。木材使用中最常见的为顺纹剪切，又分为弦切面和径切面。最常见的为顺纹剪切，又分为弦切面和径切面。 木材顺纹剪切的破坏特点是木材纤维在平木材顺纹剪切的破坏特点是木材纤维在平行
35、于纹理的方向发生了行于纹理的方向发生了相互滑移相互滑移。弦切面的剪切。弦切面的剪切破坏（剪切面平行于生长轮）常出现于早材部分，破坏（剪切面平行于生长轮）常出现于早材部分，在早材和晚材交界处滑移，破坏表面较光滑。径在早材和晚材交界处滑移，破坏表面较光滑。径切面剪切破坏（剪切面垂直于年轮），其表面较切面剪切破坏（剪切面垂直于年轮），其表面较粗糙。粗糙。 6.5 木材主要力学性能指标木材主要力学性能指标 根据根据外力种类外力种类划分有：划分有：压缩强度压缩强度（包括（包括顺纹抗压强度，横纹抗压强度，局部抗压强度）顺纹抗压强度，横纹抗压强度，局部抗压强度）、拉伸强度拉伸强度（包括顺纹抗拉强度，横纹抗拉
36、强（包括顺纹抗拉强度，横纹抗拉强度）、抗弯强度、抗剪强度、扭曲强度、冲击度）、抗弯强度、抗剪强度、扭曲强度、冲击韧性、硬度、抗劈力等。韧性、硬度、抗劈力等。 按按加载速度和作用方法加载速度和作用方法划分有：静态强划分有：静态强度、冲击强度、疲劳强度、蠕变强度。度、冲击强度、疲劳强度、蠕变强度。6.5 木材主要力学性能指标木材主要力学性能指标6.5.1抗压强度抗压强度6.5.2抗拉强度抗拉强度6.5.3抗弯强度与抗弯弹性模量抗弯强度与抗弯弹性模量6.5.4抗剪强度抗剪强度6.5.5冲击韧性冲击韧性6.5.6硬度与耐磨性硬度与耐磨性6.5.7抗劈力抗劈力6.6.1 木材密度的影响木材密度的影响木材
37、密度是决定木材强度和刚度的物质基础。木材密度是决定木材强度和刚度的物质基础。密度增大，木材强度和刚性增高；密度增大，木材强度和刚性增高；密度增大，木材的弹性模量呈线性增高；密度增大，木材的弹性模量呈线性增高；密度增大，木材韧性也成比例地增长。密度增大，木材韧性也成比例地增长。6.6 6.6 影响木材力学性质的主要因素影响木材力学性质的主要因素影响木材力学性质的主要因素影响木材力学性质的主要因素 6.6.2 含水率的影响含水率的影响 当含水率处在纤维饱当含水率处在纤维饱和点以下时，随着含水率和点以下时，随着含水率的下降，木材力学强度急的下降，木材力学强度急剧增加。剧增加。 含水率对松木力学强度的
38、影响含水率对松木力学强度的影响A横向抗弯；B顺纹抗压；C顺纹抗剪 木材强度随温度升高而较为均匀地下降。 湿材随温度升高而强度下降的程度明显高于干材。 温度温度- -含水率对木材力学强度的影响含水率对木材力学强度的影响 6.6.4 6.6.4 长期荷载的影响长期荷载的影响长期荷载的影响长期荷载的影响 木材的荷载持续时间会对木材强度有显著的影响。受力性质瞬时强度当荷载为下列天数时，木材强度的百分率/%/%110100100010000顺纹受压10078.572.566.760.254.2静力弯曲10078.672.666.860.955.0顺纹受剪10073.266.058.551.243.8 6
39、.6.5 6.6.5 纹理方向及超微构造的影响纹理方向及超微构造的影响纹理方向及超微构造的影响纹理方向及超微构造的影响 荷载作用线方向与纹理方向的关系是影荷载作用线方向与纹理方向的关系是影响木材强度的最显著因素之一。响木材强度的最显著因素之一。 拉伸强度和压缩强度均为顺纹方向最大，拉伸强度和压缩强度均为顺纹方向最大，横纹方向最小。横纹方向最小。 6.6.6 缺陷的影响缺陷的影响 有节子的木材一旦受到外力作用，节子及有节子的木材一旦受到外力作用，节子及节子周围产生应力集中，与同一比重的无节木材节子周围产生应力集中，与同一比重的无节木材相比，表示出小的弹性模量（物体产生单位应变相比，表示出小的弹性
40、模量（物体产生单位应变所需要的应力，他表征材料抵抗变形能力的大小）。所需要的应力，他表征材料抵抗变形能力的大小）。 6.7木材的容许应力木材的容许应力 木材各种强度值一般都是用无疵小试件在特定的条件下按规定的试验标准测定的，与实际的使用情况有很大差别。因此在实际应用中要考虑各种因素的影响。 木材容许应力是指木构件在使用或荷载条件下，能长期安全地承受的最大应力。对标准试验方法所测得的强度值进行适当折扣，折扣率称为折扣系数，折扣系数之倒数称为安全系数。各项因素对木材强度的影响系数各项因素对木材强度的影响系数受力性质K1K2K3K4K5K6抗 弯0.670.520.801.201.10顺纹抗压0.670.671.001.201.10顺纹抗拉0.670.380.850.901.201.10顺纹抗剪0.670.800.751.201.10 木结构部件安全系数为折减系数之倒数，为强度平均值木结构部件安全系数为折减系数之倒数，为强度平均值与容许应力与容许应力的比值，其计算公式为：的比值，其计算公式为： 在我国木结构的安全系数一般为在我国木结构的安全系数一般为3.56.0，比金属等其，比金属等其它材料要高。它材料要高。本章结束
