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木材的力學性質

(TheMechanicalPropertiesofWood)

;木材抵抗外部機械力作用的能力稱木材的力學性質。木材的力學性質包括彈性、粘彈性、硬度、韌性、各類強度和工藝性質等。

第一節木材力學性質的基本概念

（fundamentalconceptofwoody

mechanicalproperties）

1.應力(stress)：材料在外力作用下，單位面積上

所產生的內力。

2.應變(strain)：單位長度上所產生的變形。

3.應力—應變圖(stress-straincurve)：以應力為縱坐標，以應變為橫坐標，表示應力和應變關係的曲線。

;簡單應力中，當壓力方向平行於紋理作用於短柱上時，則產生順紋壓應力。當在同一直線上兩個方向相反，平行於木材紋理的外力作用於木材時，則產生順紋拉伸應力。當平行於木材紋理的外力作用於木材，欲使其一部分與他它由內在聯結的另一部分相脫離，會產生順紋剪應力。當作用力與木材紋理相垂直時，木材上則會產生橫紋的壓、拉、剪應力或剪斷應力。橫紋應力又有徑向和絃向之分。同一木材受力的性質和方向不同，應力和應變值亦各不相同。

一、基本概念

（一）彈性和塑性

1.彈性(elasticity)—物體在卸除發生變形的載荷後，恢復其原有形狀、尺寸或位置的能力。

2.塑性(plasticity)—物體在外力作用下，當應變增長的速度大於應力增長的速度，外力消失後木材產生的永久殘留變形部分，即為塑性變形，木材的這一性質稱塑性。;

圖9—1為杉木彎曲時的應力—應變圖。木材在比例極限應力下可近似看作彈性，在這極限以上的應力就會產生塑性變形或發生破壞。直線部分的頂點a為比例極限，從a到b雖不是直線，但屬彈性範圍，b點為彈性極限。a、b兩點非常接近，一般不加區分。

;（二）柔量(compliance)和模量(modulus)

在彈性極限範圍，大多數材料的應力和應變之間

存在著一定的指數關係：

—應變—應力

實踐證明，木材的n=1，因此上式可寫成：

а—柔量

α—為應力、應變曲線的直線部分與水準軸的夾角。柔量的倒數а-1，即為彈性模量E，簡稱模量。

彈性模量E(modulusofelasticity)—在彈性極限範圍內，物體抵抗外力改變其形狀或體積的能力。它是材料剛性的指標。

木材的拉伸、壓縮和彎曲模量大致相等，但壓縮的彈性極限比拉伸的要低得多。;二、分類

（一）按力學性質分

1.強度(strength)—是抵抗外部機械力破壞的能力。

2.硬度(hardness)—是抵抗其他剛性物體壓入的能力。

3.剛性(rigidity)—是抵抗外部機械力造成尺寸和形狀變化的能力。

4.韌性(toughness)—是木材吸收能量和抵抗反復衝擊載荷，或抵抗超過比例極限的短期應力的能力。

（二）按載荷形式分

1.靜力載荷（statictestload）是緩慢而均勻的施載形式。木材強度測試除衝擊外，都為靜力載荷；膠合板在熱壓機中的加載形式也屬靜力載荷。

2.衝擊載荷（shockload）集中全部載荷在瞬間猛擊的施載形式。如鍛錘機下墊木所承受的載荷形式。;3.振動載荷依次改變力的大小和方向的一種載荷形式。如枕木在鐵軌下承受的載荷形式。

4.長期載荷（long-periodload）力作用時間相當長的一種施載形式。如木屋架、木梁和木柱的承載形式。

（三）按作用力的方式分

有拉伸（tension）、壓縮（conpression）、剪切（shearing）、彎曲（bending;curve）、扭轉（twist）及縱向彎曲（longitudinalbending）等。

（四）按作用力的方向分

有順紋（alongthegrain）和橫紋（acrosstothegrain）。橫紋又分為徑向（radial）和絃向（tangential）。

（五）按工藝要求分

1.抗劈力（cleavageability）是木材在尖削作用下，抵抗沿紋理方向劈開的能力。它與木材加工時劈開難易、握釘牢度和切削阻力等都有密切的關係。;2.握釘力（nail-holdingabilit