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第七章 木材的力学性质 Mechanical Properties of Wood 定义： 木材抵抗外部机械力作用的能力。 自己先看 定义：材料在外力作用下，单位面积上产生的内力，包括压应力、拉应力、剪应力、弯应力等。单位：N/mm2(=MPa) 2.应变 定义：材料在外力作用下，单位长度上产生的变形。 3.应力-应变的关系 应力-应变图：应力为纵坐标，应变为横坐标，应力与应变关系的曲线。曲线的终点M表示物体的破坏点。 弹性：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：物体在外力作用下，当应变增长速度大于应力增长速度，外力消失后木材产生永久残留变形部分，为塑性变形，木材的这一性质叫塑性。 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。 弹性模量的意义：在弹性范围内，物体抵抗外力使其改变形状或体积的能力。是材料刚性的指标。 木材的拉伸、压缩、静曲弹性模量大致相等。但压缩弹性极限远小于拉伸弹性极限. 第二节 木材力学性质的特点 1.木材的各向异性 表现在木材的物理性质，如干缩、湿胀、扩散、渗透等。在力学性能上，如弹性、强度和加工性等方面。 从强度上来看，木材的压缩、拉伸、弯曲及冲击韧性等均为当应力方向与纤维方向平行时，强度值最大，随着两者之间的倾角变大，强度锐减。 二、木材的正交对称性与正交异向弹性 1. 弹性常数 弹性模量（ E ）：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的大小，E=应力/应变 剪切弹性模量G：剪切应力τ与剪切应变γ之间在小的范围内符合： τ=Gγ 或 G=γ/τ G 为剪切弹性模量，或刚性模量。 泊松比μ 物体的弹性应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，将横向应变与轴向应变之比称 为泊松比（ ? ）。 2 木材的正交对称性与正交异向弹性 方程中有3个弹性模量、3个剪切弹性模量和3个泊松比。可以用9个独立的弹性常数来反映木材的正交异向性. 不同树种间的这9个常数值是存在差异。 第三节 木材的粘弹性 一. 木材的蠕变 1. 概念(creep)：指在恒定外力作用下(应力不变), 应变随时间的增加而逐渐增大的现象. 由于木材的粘弹性而产生三种变形：瞬时弹性变形、粘弹性变形、塑性变形。 2. 木材的典型蠕变曲线: 4. 蠕变的影响因素（书192页）建筑木构件的蠕变问题 (1)时间： (2)木材的含水率：水分在木材内，从一吸着处到另一吸着处，其中包括氢键的松散或破坏，木材这一暂时的削弱便导致在荷载下的微小变形，变形的累积可能最终导致破坏。 (3)载荷 (4) 温度：当空气的温度和湿度增加时，木材的总变形量和变形速度也增加。 二. 木材的松弛 1. 概念(stress relaxation)：指在恒定温度和形变保持不变的情况下,木材内部的应力随时间延长而逐渐衰减的现象。 2. 松弛的意义： 三、木材塑性 四、木材的强度、韧性和破坏 第四节 木材的各种力学强度及其试验方法 木材的各种力学强度有纵向和横向之分，横向又分为径向和弦向。 力学性质的种类 1.按照外力种类分类：压缩强度、拉伸强度、抗弯强度、抗剪强度、冲击强度、硬度、 韧性等。 2.按荷载速度和作用方法分：静态强度、冲击强度、疲劳强度和蠕变强度 一、抗压强度 1. 顺纹抗压强度(compression strength parallel to the grain) 我国木材顺压强度平均值为45MPa。 测试方法：20×20 × 30mm 破坏的宏观症状196页：破坏形状和破坏部位常取决于木材含水率和硬度等因素。湿材和软材以端部压溃破坏最为常见，破坏出现在应力集中的地方。干的木材通常产生劈裂而破坏，这是由于纤维或木射线的撕裂。 2. 横纹抗压强度 (compression strength perpendicualr to the grain) (1)分局部受压和全部受压： (2)又可以分为径向和弦向受压： a.针叶树材和阔叶树材的环孔材径向受压：见右图，由3段不同斜率的曲线组成。 b.针叶树材和环孔材的弦向受压：不出现3段曲线组成 破坏的宏观症状196页： 196页 二、抗拉强度(tensile strength) 1. 顺纹抗拉强度(tensile strength parallel to the grain) ： 数值范围：120～150MPa，高的可达300MPa。是木材最大的强度。 测定：试件制作较复杂，（见200页图8-10） 破坏形式（198页）：主要是纵向撕裂和微纤丝间的剪切。