木材的力学性质.doc

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1、木材的力学性质第8章  主要介绍了木材力学性质的基本概念、木材的应力—应变关系；木材的正交异向弹性、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。 木材力学是涉及木材在外力作用下的机械性质或力学性质的科学，它是木材学的一个重要组成部分。木材力学性质是度量木材抵抗外力的能力，研究木材应力与变形有关的性质及影响因素。木材作为一种非均质的、各向异性的天然高分子材料，许多性质都有别于其它材料，而其力学性质和更是与其它均质材料有着明显的差异。例如，

2、木材所有力学性质指标参数因其含水率（纤维饱和点以下）的变化而产生很大程度的改变；木材会表现出介于弹性体和非弹性体之间的黏弹性，会发生蠕变现象，并且其力学性质还会受荷载时间和环境条件的影响。总的来说，木材的力学性质涉及面广，影响因素多，学习时需结合力学、木材构造、木材化学性质的有关知识。木材力学性质包括应力与应变、弹性、黏弹性（塑性、蠕变）、强度（抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、扭曲强度、冲击韧性等）、硬度、抗劈力以及耐磨耗性等。8.1应力与应变8.1.1应力与应变的概念8.1.1.1应力物体在受到外力时具有形变的

3、趋势，其内部会产生相应的抵抗外力所致变形作用的力，成为内力，当物体处于平衡状态时，内力与外力大小相等，方向相反。应力就是指物体在外力作用下单位面积上的内力。图8-1顺纹理加压与顺纹理剪切当外力均匀地作用于顺纹方向的短柱状木材端面上，柱材全长的各个断面上都将受到应力，此时，单位断面面积上的木材就会产生顺纹理方向的正应力（图8-1a）。把短柱材受压或受拉状态下产生的正应力分别称为压缩应力和拉伸应力。当作用于物体的一对力或作用力与反作用力不在同一条作用线上，而使物体产生平行于应力作用面方向被剪切的应力，这种应力被称为剪应力（图

4、8-1b）。应力单位曾一度使用dyn/cm2、kgf/cm2等，近年来开始采用国际单位中的N/mm2（=MPa）。8.1.1.2应变外力作用下，物体单位长度上的尺寸或形状的变化称为应变，或称相对变形。应变也分为正应变或剪（角）应变γ。正应变在＞0时被称为拉伸变形，在＜0时被称为压缩应变。正应变、剪应变用无量纲表示，也用其百分值（%）表示。8.1.2应力与应变的关系8.1.2.1应力—应变曲线物体在外力（载荷）作用下产生的变形与外力的大小有关，通常用荷载—变形图来表示它们的关系。载荷—变形图是以纵轴表示物体受到的载荷，以横

5、轴表示物体的变形量，坐标轴空间中根据载荷数值和变形大小做出的曲线被叫做载荷—变形曲线；同理，把表示应力与应变的关系图定义为应力—应变图，曲线为应力—应变曲线。应力—应变曲线与材料或物质固有的性质有关，能概括性地描述物体从受外力开始直到破坏时的力学行为，是研究物体力学性质非常有用的工具。ab图8-2应力-应变曲线（模式图）图8-2a模式地表示了应力—应变曲线的特征。即：应力—应变曲线由从原点O开始的直线部分OP和连续的曲线部分PEDM组成。曲线的终点M表示物体的破坏点。8.1.2.2比例极限与永久变形直线部分的上端点P对应

6、的应力叫比例极限应力，对应的应变叫比例极限应变；从比例限度P点到其上方的E点间对应的应力叫弹性极限。应力在弹性极限以下时，一旦除去应力，物体的应变就会完全回复，这样的应变称作弹性应变。应力一旦超过弹性限度，应力—应变曲线的斜率减少，应变显著增大，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，这样的应变称作塑性应变或永久应变。8.1.2.3破坏应力与破坏应变随着应力进一步增加，应力在M点达到最大值，物体产生破坏。M点对应的最大应力称作物体的破坏应力、极限强度等。与破坏应力对应的应变叫破坏应变。8.1.2.4屈服

7、应力有时，当应力值超过弹性限度值并保持一定或基本上一定，而应变急剧增大，这种现象叫屈服，而应变突然转为急剧增大的转变点处的应力叫屈服应力。图8-2b表示了弹性变形呈直线屈服时的情况，其中表示屈服应力。8.1.2.5木材应力与应变的关系木材的应力与应变的关系比较复杂，因为它的性能既不像真正的弹性材料，又不像真正的塑性材料，而属于既有弹性又有塑性的材料——黏弹性材料。在较小的应力和较短的时间里，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。所以，要必要先学习一下木材的弹性以及黏弹性的知识。8.2弹性与木材的正交异向

8、弹性8.2.1弹性与弹性常数8.2.1.1弹性应力在弹性极限以下时，一旦除去应力，物体的应变就完全消失。这种应力解除后即产生应变完全回复的性质叫作弹性，而仅表现弹性的物体叫弹性体。对弹性体的弹性可以用弹性常数来表示。8.2.1.2弹性常数（1）弹性模量和柔量除大理石和橡皮以外，所有建筑材料的直线应力与相应应变的关系在