木材力学性质.ppt

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1、木材的力学性质木材抵抗外部机械力作用的能力称木材的力学性质。木材力学性质包括弹性、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一基本概念1弹性和塑性弹性是物体在卸除发生变形的荷载后，恢复其原有形状、尺寸或位置的能力。塑性是物体在外力作用下，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永久残留变形部分，即为塑性变形，木材的这一性质称塑性。2柔量和模量3极限荷载和破坏荷载试件达到最大应力时的荷载叫极限荷载(或称最大荷载)，它的物理意义是超过此极限后，即使在荷载减小的情况下，变形将继续加大。试件完全破坏时的荷载称为破坏荷载

2、。气干木材的极限荷载与破坏荷载两者一般是重叠的；而湿木材试验时两者往往并不重合，而破坏荷载通常低于极限荷载。二分类1按力学性质分⑴强度——抵抗外部机械力破坏的能力⑵硬度——抵抗其它刚性物体压入的能力⑶刚性——抵抗外部机械力造成尺寸和形状变化的能力⑷韧性——木材吸收能量的抵抗反复冲击荷载，或抵抗超过比例极限的短期应力的能力2按荷载形式分⑴静力荷载——缓慢而均匀的施载形式。木材强度测试除冲击外，都为静力荷载；胶合板坯在热压机中的加载形式也属静力荷载。⑵冲击荷载——集中全部荷载在瞬间猛击的施载形式。如锻锤机下垫木所承受的荷载形式。⑶震动荷载——依次改变力的大

3、小和方向的一种荷载形式。如枕木在铁轨下承受的荷载形式。⑷长期荷载——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。3按作用力的方式分有拉伸、压缩、剪切、弯曲、扭转及纵向弯曲等。4按作用方向分有顺纹和横纹。横纹又可分弦向和径向。5按工艺要求分⑴抗劈力——木材在尖楔作用下，抵抗沿纹理方向劈开的能力。⑵握钉力——木材抵抗钉子拨出的能力。⑶弯曲能力——木材弯曲破坏前的最大弯曲能力。⑷耐磨性——木材抵抗磨损的能力。第二节木材的正交异向性和弹性一木材的正交异向性木材是源自树木的生物材料，由于组织构造的因素决定了木材的各向异性。树木形成层逐年分生形

4、成同心圆状的年轮层；组成木材的绝大多数细胞和组织是平行树干成轴向排列的，而射线组织是垂直于树干成径向排列的；另外构成木材细胞壁的各层，其微纤丝的排列方向不同；以及纤维素的结晶为单斜晶体等。因而赋予木材圆柱对称性，使它成为柱面对称的正交异向性材料。表现形式——不仅表现在物理性质方面，如干缩、湿胀、扩散、渗透、流动、热、电、声、光和电磁波等性质上；且表现在力学性质方面，如弹性、强度和加工性能等。二木材的正交对称弹性1木材是高度异向性材料。纵向弹性模量远大于横向，横向中径向大于弦向。2木材的剪切模量G，横断面最小，在针叶树材上尤为明显。3木材的弹性模量E和剪

5、切模量G，都有随密度ρ增加而增加的趋势。4木材的泊松比μ，均小于1，与其它材料相比数值较大。第三节木材的粘弹性什么是粘弹性？木材作为生物材料同时具有弹性和粘性两种不同机理的变形，和体现弹性固体和流体的综合特性，木材的这种性质称粘弹性。一木材的蠕变在恒定的应力下，木材的应变随时间增长进增大的现象称蠕变。1蠕变的曲线蠕变的力学及计算模型2建筑木构件的蠕变问题⑴针叶树材在含水率不发生变化的条件下，施加静力荷载小于木材比例极限强度的75%时，可以认为是安全的。但在含水率变化条件下，大于比例极限强度20%时，就可能诞生蠕变，随时间延长最终会导致破坏。⑵静载荷产生

6、变形，若其变形速率(连续相等时间间隔内变形的差值)逐渐降低，则变形经一定时间后最终会停止，木结构是安全的。相反，变形速率是逐渐增加的，则设计不安全，最终导致破坏。⑶所施列荷载低于弹性极限，短期受载即卸载，能恢复原具有的极限强度和弹性。⑷含水率会增加木材的塑性和变形，在干、湿周期含水率变化条件下，各次含水率的增加在一定荷载下均再呈现新的蠕变量，它们是可以积累的。任何一个周期中木材含水率变高时，蠕变量也较高。⑸温度对蠕变有显著的影响。二木材的松弛1松弛的概念使木材这类粘弹性材料产生一定的变形，在时间推移中能维持此状态，变必须使产生此变形的应力随时间而逐渐减

7、小，这种现象称应力松弛。或简称松弛。2应力松弛模型及曲线3木质基材料的力学松弛与木制品的质量（木材科学新篇217）4榫结合日久变松是怎么回事？(木材科学新篇208)木材具有粘弹性，随时间的延续木材会发生“应力松弛”现象。三长期载荷对木材的影响木材在长期荷载下的强度，随作用时间延长而减小，长期荷载强度远比瞬间强度小，这是由于木材中弹性和塑性两种型态同时反应的结果。四木材的塑性1木材的塑性变形当施加于木材上的应力在弹性限度以内时，去除外力后变形回复原尺寸。当超过弹性限度时，除去外力，残留永久变形，将这一性质称为塑性。2增加木材塑性的方法在常温下为了提高高分

8、子材料的塑性，要添加可塑剂，使分子间结合力减弱。此处通过加热，使木材基体物质软化，也能增加木材