木材力学性能参考.pptx

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1、会计学1木材力学性能参考木材力学性能参考学习难学习难点点 木材力学性质基本概念的理解、木材力学性木材力学性质基本概念的理解、木材力学性 质特点及其影响因素质特点及其影响因素。本章重点本章重点 掌握木材主要力学性质的种类、受力方式及掌握木材主要力学性质的种类、受力方式及 其测定方法。其测定方法。木材允许应力的确定。木材允许应力的确定。第1页/共83页6.1 木材力学基础理论与木材力学基础理论与特点特点 6.1.1 应力与应变应力与应变 应力：应力：分布内力的集度（分布内力的集度（Nm2）6.1.1.1 应力应力应力的基本类型：应力的基本类型：拉应力、压应力、剪应力拉应力、压应力、剪应力第2页/共

2、83页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第3页/共83页 6.1.1.2 应变应变 6.1.1.3 应力、应变应力、应变 的关系的关系=L/L在弹性范围内在弹性范围内，有有 LLP第4页/共83页引入的比例常数引入的比例常数 E 式中：式中：E 拉压弹性模量，与材料有关，由拉压弹性模量，与材料有关，由 实验获得，是材料的刚性指标。实验获得，是材料的刚性指标。=E (胡克定理胡克定理)实验表明实验表明:木材的抗压、抗拉及抗弯时的木材的抗压、抗拉及抗弯时的 E 值值 大大 致相等。致相等。第5页/共83页 6.1.2 比例极限、弹性变形、永久变形比例极限、弹性变

3、形、永久变形实验表明实验表明:木材抗压比例木材抗压比例 极限极限P 比抗比抗 拉时小得多。拉时小得多。（1）比例极限）比例极限（P）（比例极限工程意义）（比例极限工程意义）（2）弹性变形）弹性变形（3）永久变形）永久变形第6页/共83页 6.1.3 刚度、脆性、韧性和塑性刚度、脆性、韧性和塑性 木木材材具具有有较较高高的的刚刚度度密密度度比比，故故可可用于建筑材料。用于建筑材料。（1）刚度）刚度材料抵抗变形的能力材料抵抗变形的能力 （2）脆性）脆性材料在破坏之前无明显变形的材料在破坏之前无明显变形的 性质。性质。第7页/共83页 木材的脆性与树种、生长环境、遗传、生长木材的脆性与树种、生长环境

4、、遗传、生长 应力、缺陷和腐朽有关。应力、缺陷和腐朽有关。脆性大的木材，一脆性大的木材，一 般质量较轻，纤维般质量较轻，纤维 素的含量低。素的含量低。生长轮特别宽的针叶树材及生长轮特别窄的生长轮特别宽的针叶树材及生长轮特别窄的 阔叶树材易形成脆性木材。阔叶树材易形成脆性木材。第8页/共83页（3）韧性）韧性材料抵抗冲击的能力（材料抵抗冲击的能力（KJm2）韧韧性性大大的的木木材材抗抗冲冲击击能能力力强强，抗抗劈劈性性也也强强。所所以以工工程程中中用用木木材材的的抗抗冲冲击击性性和和抗抗劈劈性性来来表表示示木材的韧性。木材的韧性。（4）塑性）塑性材料所具有的保持不可恢复的变形材料所具有的保持不可

5、恢复的变形 的性质。的性质。第9页/共83页l木木材材属属于于非非完完全全弹弹性性材材料料，仅仅在在一一定定范范围围内内具具有弹性，超过此范围后，木材即产生塑性变形。有弹性，超过此范围后，木材即产生塑性变形。l木木材材的的塑塑性性与与树树种种、树树龄龄、温温度度、含含水水率率有有关关。一一般般地地，木木材材的的塑塑性性随随温温度度及及含含水水率率的的升升高高而而增大。增大。（木材的主要成分）（木材的主要成分）l木材塑性的工程应用木材塑性的工程应用第10页/共83页6.1.4 木材的粘弹性木材的粘弹性6.1.4.1 弹性固体与粘性流体的变形特性弹性固体与粘性流体的变形特性（1）弹性固体）弹性固体

6、 具具有有确确定定的的形形状状，变变形形只只与与外外力力有有关关，与与时时间无关。卸除外力后，变形消失，恢复原形。间无关。卸除外力后，变形消失，恢复原形。第11页/共83页（2）粘性流体）粘性流体 无无确确定定的的形形状状，取取决决于于容容器器。变变形形除除与与外外力力有有关外还与时间有关，产生不可逆的流动变形。关外还与时间有关，产生不可逆的流动变形。6.1.4.2 木材的粘弹性木材的粘弹性 木木材材为为生生物物高高分分子子材材料料，具具有有弹弹性性固固体体和和粘粘性性流流体体的的特特性性。同同时时具具有有弹弹性性和和粘粘性性两两种种不不同同机机制制的的变变形形。体体现现着着弹弹性性固固体体和

7、和流流体体的的综综合合特特性性。木木材材的的这这种种特特性性称为木材的粘弹性。如蠕变及松弛。称为木材的粘弹性。如蠕变及松弛。第12页/共83页（1）木材蠕变）木材蠕变 木材蠕变木材蠕变木材在恒应力下其变形随时间的增加木材在恒应力下其变形随时间的增加 而增大的现象。而增大的现象。木材蠕变过程的三种变形：木材蠕变过程的三种变形：瞬时弹性变形瞬时弹性变形（服从胡克定理）（服从胡克定理）弹弹性性滞滞后后变变形形（粘粘弹弹性性）纤纤维维素素分子链的卷曲分子链的卷曲或或伸展所致。伸展所致。塑性变形塑性变形（塑性）（塑性）纤维素分子链间的相对滑动所致。纤维素分子链间的相对滑动所致。第13页/共83页（2）木

8、材松弛现象）木材松弛现象l有有蠕蠕变变必必有有松松弛弛，反之亦然。反之亦然。l蠕蠕变变及及松松弛弛与与木木材材的的树树种种（密密度度）有有关关，还还与与温温度度及含水率有关。及含水率有关。（3）蠕变与松弛对工程的影响）蠕变与松弛对工程的影响 木材松弛木材松弛木材在恒应变下应力随时间的增长木材在恒应变下应力随时间的增长 而减小的现象。而减小的现象。第14页/共83页（4）木材蠕变特性研究简介）木材蠕变特性研究简介 木材的蠕变特性曲线是一木材的蠕变特性曲线是一 粘弹性曲线。粘弹性曲线。木材的蠕变变形由三个部木材的蠕变变形由三个部 分组成：分组成：第一部分第一部分 是由木材内部高度结晶的微纤丝构架而

9、引起的是由木材内部高度结晶的微纤丝构架而引起的 弹性变形，这种变形是瞬间完成；弹性变形，这种变形是瞬间完成；第15页/共83页（4）木材蠕变特性研究简介）木材蠕变特性研究简介第二部分第二部分是链段的伸展而是链段的伸展而 引起的延迟弹引起的延迟弹性性 变形，这种变变形，这种变形形 是随时间而变是随时间而变化化 的；的；第三部分第三部分是高分子的相是高分子的相 互滑移引起的互滑移引起的 粘性流动。粘性流动。第16页/共83页，力学模型力学模型第17页/共83页，根据流变学理论，其任一瞬时的蠕变柔量根据流变学理论，其任一瞬时的蠕变柔量J（t）为：）为：数学模型数学模型第18页/共83页5.1.5 木

10、材力学性质的特点木材力学性质的特点 n n5.1.5.1 木材性质的层次性木材性质的层次性n n针叶材阔叶树层次状明显，木材横切面上针叶材阔叶树层次状明显，木材横切面上可以见到致密的晚材与组织疏松的早材构可以见到致密的晚材与组织疏松的早材构成年轮而成同心园状。径切面上早晚材交成年轮而成同心园状。径切面上早晚材交替为平行的条纹；弦切面上则交替为替为平行的条纹；弦切面上则交替为“V”形花纹；木材力学性能各轮多少有点差异。形花纹；木材力学性能各轮多少有点差异。第19页/共83页n n5.1.5.2 多孔性多孔性n n木材主要是细胞组成，微观构造上横切面木材主要是细胞组成，微观构造上横切面所观察到细胞

11、断面为孔眼；径切面、弦切所观察到细胞断面为孔眼；径切面、弦切面上为中空管状，及细胞壁上纹孔等；宏面上为中空管状，及细胞壁上纹孔等；宏观构造上，导管分子孔状结构等。观构造上，导管分子孔状结构等。第20页/共83页5.1.5.3 木材力学性质各向异性木材力学性质各向异性n n前述木材物理性质（干缩性、热、电、声学等）构造性质各向异性，前述木材物理性质（干缩性、热、电、声学等）构造性质各向异性，前述木材物理性质（干缩性、热、电、声学等）构造性质各向异性，前述木材物理性质（干缩性、热、电、声学等）构造性质各向异性，同样木材力学性质亦存在着各向异性。木材大多数细胞轴向排列，仅同样木材力学性质亦存在着各向

12、异性。木材大多数细胞轴向排列，仅同样木材力学性质亦存在着各向异性。木材大多数细胞轴向排列，仅同样木材力学性质亦存在着各向异性。木材大多数细胞轴向排列，仅少量木射线径向排列。木材为中空的管状细胞组成，其各个方向施加少量木射线径向排列。木材为中空的管状细胞组成，其各个方向施加少量木射线径向排列。木材为中空的管状细胞组成，其各个方向施加少量木射线径向排列。木材为中空的管状细胞组成，其各个方向施加外力，木材破坏时产生的极限应力不同。例如顺纹抗拉强度可达外力，木材破坏时产生的极限应力不同。例如顺纹抗拉强度可达外力，木材破坏时产生的极限应力不同。例如顺纹抗拉强度可达外力，木材破坏时产生的极限应力不同。例如

13、顺纹抗拉强度可达120.0-120.0-150.0Mpa150.0Mpa，而横纹抗拉强度仅，而横纹抗拉强度仅，而横纹抗拉强度仅，而横纹抗拉强度仅3.0-5.0Mpa(C-H,H-O)3.0-5.0Mpa(C-H,H-O)，这主要与其组成，这主要与其组成，这主要与其组成，这主要与其组成分子的价键不同所致。轴向纤维素链状分子是以分子的价键不同所致。轴向纤维素链状分子是以分子的价键不同所致。轴向纤维素链状分子是以分子的价键不同所致。轴向纤维素链状分子是以C-CC-C、C-OC-O键连接，键连接，键连接，键连接，而横向纤维素链状分子是以而横向纤维素链状分子是以而横向纤维素链状分子是以而横向纤维素链状分

14、子是以C-HC-H、H-OH-O连接，二者价键的能量差异很连接，二者价键的能量差异很连接，二者价键的能量差异很连接，二者价键的能量差异很大。大。大。大。第21页/共83页5.1.5.4 木材的亲湿性木材的亲湿性n n前述纤维饱和点是材性变化转折点，木材前述纤维饱和点是材性变化转折点，木材含水率在纤维饱和点以下时，如木材中纤含水率在纤维饱和点以下时，如木材中纤维素和半纤维素分子上游离羟基吸收空气维素和半纤维素分子上游离羟基吸收空气中水分子，会使木材体积、密度发生变化，中水分子，会使木材体积、密度发生变化，从而导致木材强度发生变化。从而导致木材强度发生变化。第22页/共83页5.1.5.5 木材力

15、学性质变异性木材力学性质变异性n n不同树种不同树种,木材力学性质不同。同一树种，木材力学性质不同。同一树种，不同部位不同力学性质不同不同部位不同力学性质不同.同一树种同一树种,生长生长条件不同力学性质不同；同时木材各种缺条件不同力学性质不同；同时木材各种缺隙如节子，纹理、腐朽等都会影响木材力隙如节子，纹理、腐朽等都会影响木材力学性能。学性能。第23页/共83页5.2 木材主要力学性质测定原理木材主要力学性质测定原理与方法与方法 n n木材力学性质研究，适及到力学种类、受木材力学性质研究，适及到力学种类、受力方向、静力荷载与动力荷载以及加工工力方向、静力荷载与动力荷载以及加工工艺等。木材的强度

16、象其它材料一样，可分艺等。木材的强度象其它材料一样，可分为抗拉、抗压、抗剪、抗弯、抗扭、抗劈、为抗拉、抗压、抗剪、抗弯、抗扭、抗劈、耐磨性、抗冲击和硬度等。木材是非均质耐磨性、抗冲击和硬度等。木材是非均质性的各向异性材料，其纵向、径向和弦向性的各向异性材料，其纵向、径向和弦向三个方向力学强度具有明显的差异。木材三个方向力学强度具有明显的差异。木材主要力学性质的测定主要采用静力荷载进主要力学性质的测定主要采用静力荷载进行。行。第24页/共83页5.2.1 木材的抗拉强度木材的抗拉强度 n n木材顺纹抗拉强度，是指木材沿纹理方向承受拉力荷载的最大能力。木木材顺纹抗拉强度，是指木材沿纹理方向承受拉力

17、荷载的最大能力。木木材顺纹抗拉强度，是指木材沿纹理方向承受拉力荷载的最大能力。木木材顺纹抗拉强度，是指木材沿纹理方向承受拉力荷载的最大能力。木材的顺纹抗拉强度较大，各种木材平均约为材的顺纹抗拉强度较大，各种木材平均约为材的顺纹抗拉强度较大，各种木材平均约为材的顺纹抗拉强度较大，各种木材平均约为117.7117.7147.1MPa147.1MPa，为顺纹抗，为顺纹抗，为顺纹抗，为顺纹抗压强度的压强度的压强度的压强度的2 23 3倍。木材在使用中很少出现因被拉断而破坏。倍。木材在使用中很少出现因被拉断而破坏。倍。木材在使用中很少出现因被拉断而破坏。倍。木材在使用中很少出现因被拉断而破坏。n n木材

18、顺纹拉伸破坏主要是纵向撕裂粗微纤丝和微纤丝间的剪切。微纤丝木材顺纹拉伸破坏主要是纵向撕裂粗微纤丝和微纤丝间的剪切。微纤丝木材顺纹拉伸破坏主要是纵向撕裂粗微纤丝和微纤丝间的剪切。微纤丝木材顺纹拉伸破坏主要是纵向撕裂粗微纤丝和微纤丝间的剪切。微纤丝纵向的纵向的纵向的纵向的C-CC-C、C-OC-O键结合非常牢固，所以顺拉破坏时的变形很小，通常键结合非常牢固，所以顺拉破坏时的变形很小，通常键结合非常牢固，所以顺拉破坏时的变形很小，通常键结合非常牢固，所以顺拉破坏时的变形很小，通常应变值小于应变值小于应变值小于应变值小于1 133，而强度值却很高。，而强度值却很高。，而强度值却很高。，而强度值却很高。

19、第25页/共83页木材顺纹抗拉力学试样及其受力方向木材顺纹抗拉力学试样及其受力方向 试验时采用附有自动对直和拉紧夹具的试验机进行，试验以均匀速度加荷，在试验时采用附有自动对直和拉紧夹具的试验机进行，试验以均匀速度加荷，在1.5-2.0 分钟内使试样破坏。顺纹抗拉强度按下式计算。分钟内使试样破坏。顺纹抗拉强度按下式计算。wP/a.b式中：式中：P最大荷载最大荷载,N；a，b一试样工作部位横断面一试样工作部位横断面(cm2)；W一试验时的木材含水率一试验时的木材含水率()。第26页/共83页5.2.1.2 5.2.1.2 横纹抗拉强度横纹抗拉强度横纹抗拉强度横纹抗拉强度 木材横纹抗拉试样及其受力方

20、向木材横纹抗拉试样及其受力方向 木材的横纹拉力比顺纹拉力低得多，一般只有顺木材的横纹拉力比顺纹拉力低得多，一般只有顺纹拉力的纹拉力的l/301/40。因为木材径向受拉时，除。因为木材径向受拉时，除木射线细胞的微纤丝受轴向拉伸外，其余细胞的木射线细胞的微纤丝受轴向拉伸外，其余细胞的微纤丝都受垂直方向的拉伸；横纹方向微纤丝上微纤丝都受垂直方向的拉伸；横纹方向微纤丝上纤维素链间是以氢键（纤维素链间是以氢键（-OH）接合的，这种键的）接合的，这种键的能量比木材纤维素纵向分子间能量比木材纤维素纵向分子间C-C、C-O键接合键接合的能量要小得多。此外，横纹拉力试验时，应力的能量要小得多。此外，横纹拉力试验

21、时，应力不易均匀分布在整个受拉上，往往先在一侧被拉不易均匀分布在整个受拉上，往往先在一侧被拉劈，然后扩展到整个断面而破坏，并非真正横纹劈，然后扩展到整个断面而破坏，并非真正横纹抗拉强度。抗拉强度。第27页/共83页5.2.2 5.2.2 木材的抗压强度木材的抗压强度木材的抗压强度木材的抗压强度 n n5.2.2.1 5.2.2.1 顺纹抗压强度顺纹抗压强度顺纹抗压强度顺纹抗压强度 n n木材顺纹抗压强度是指木材沿纹理方向承受压力荷载的最大能力，主要用于木材顺纹抗压强度是指木材沿纹理方向承受压力荷载的最大能力，主要用于木材顺纹抗压强度是指木材沿纹理方向承受压力荷载的最大能力，主要用于木材顺纹抗压

22、强度是指木材沿纹理方向承受压力荷载的最大能力，主要用于诱导结构材和建筑材的榫接合类似用途的容许工作应力计算和柱材的选择等，诱导结构材和建筑材的榫接合类似用途的容许工作应力计算和柱材的选择等，诱导结构材和建筑材的榫接合类似用途的容许工作应力计算和柱材的选择等，诱导结构材和建筑材的榫接合类似用途的容许工作应力计算和柱材的选择等，如木结构支柱、矿柱和家具中的腿构件所承受的压力。如木结构支柱、矿柱和家具中的腿构件所承受的压力。如木结构支柱、矿柱和家具中的腿构件所承受的压力。如木结构支柱、矿柱和家具中的腿构件所承受的压力。n n木柱有长柱与短柱之分。当长度与最小断面的直径之比小于木柱有长柱与短柱之分。当

23、长度与最小断面的直径之比小于木柱有长柱与短柱之分。当长度与最小断面的直径之比小于木柱有长柱与短柱之分。当长度与最小断面的直径之比小于1111或等于或等于或等于或等于1111时为短时为短时为短时为短柱，大于柱，大于柱，大于柱，大于1111时为长柱，长柱亦称欧拉柱。长柱以材料刚度为主要因素，受压时为长柱，长柱亦称欧拉柱。长柱以材料刚度为主要因素，受压时为长柱，长柱亦称欧拉柱。长柱以材料刚度为主要因素，受压时为长柱，长柱亦称欧拉柱。长柱以材料刚度为主要因素，受压不稳定，其破坏不是单纯的压力所致，而是纵向上会发生弯曲、产生扭矩，不稳定，其破坏不是单纯的压力所致，而是纵向上会发生弯曲、产生扭矩，不稳定，

24、其破坏不是单纯的压力所致，而是纵向上会发生弯曲、产生扭矩，不稳定，其破坏不是单纯的压力所致，而是纵向上会发生弯曲、产生扭矩，最后导致破坏，它已不属于顺纹抗压的范畴。最后导致破坏，它已不属于顺纹抗压的范畴。最后导致破坏，它已不属于顺纹抗压的范畴。最后导致破坏，它已不属于顺纹抗压的范畴。第28页/共83页（1 1）顺纹抗压强度的测定）顺纹抗压强度的测定）顺纹抗压强度的测定）顺纹抗压强度的测定n n我国国家标准我国国家标准我国国家标准我国国家标准木材物理力学试验方法木材物理力学试验方法木材物理力学试验方法木材物理力学试验方法（GB 1927-1943-91GB 1927-1943-91）规定，只测定

25、短柱的最大）规定，只测定短柱的最大）规定，只测定短柱的最大）规定，只测定短柱的最大抗压强度。其试样尺寸为抗压强度。其试样尺寸为抗压强度。其试样尺寸为抗压强度。其试样尺寸为202030mm202030mm，长度平行于木材纹理；，长度平行于木材纹理；，长度平行于木材纹理；，长度平行于木材纹理；wwP/a bP/a bn n1212w1+0.05(W-12)w1+0.05(W-12)n n式中：式中：式中：式中：P P破坏荷载，破坏荷载，破坏荷载，破坏荷载，NN；n na a，b b试样断面尺寸，试样断面尺寸，试样断面尺寸，试样断面尺寸，mmmm；n nWW试验时的木材含水率试验时的木材含水率试验时

26、的木材含水率试验时的木材含水率()；n nww、1212木材气干状态、标准含水率木材气干状态、标准含水率木材气干状态、标准含水率木材气干状态、标准含水率12%12%时的强度，时的强度，时的强度，时的强度，MpaMpa。n n我国木材顺压强度的平均值约为我国木材顺压强度的平均值约为我国木材顺压强度的平均值约为我国木材顺压强度的平均值约为45Mpa45Mpa；顺压比例极限与强度的比值约为；顺压比例极限与强度的比值约为；顺压比例极限与强度的比值约为；顺压比例极限与强度的比值约为0.70.7，针叶树材，针叶树材，针叶树材，针叶树材该比值约为该比值约为该比值约为该比值约为0.780.78，软阔叶树材为，

27、软阔叶树材为，软阔叶树材为，软阔叶树材为0.700.70，硬阔叶树材为，硬阔叶树材为，硬阔叶树材为，硬阔叶树材为0.660.66。针叶树材具有较高比例极限的。针叶树材具有较高比例极限的。针叶树材具有较高比例极限的。针叶树材具有较高比例极限的原因是，它的构造较单纯且有规律；硬阔叶树环孔材因构造不均一，使这一比值最低。原因是，它的构造较单纯且有规律；硬阔叶树环孔材因构造不均一，使这一比值最低。原因是，它的构造较单纯且有规律；硬阔叶树环孔材因构造不均一，使这一比值最低。原因是，它的构造较单纯且有规律；硬阔叶树环孔材因构造不均一，使这一比值最低。第29页/共83页（2 2）顺纹抗压强度试样破坏的形状）

28、顺纹抗压强度试样破坏的形状）顺纹抗压强度试样破坏的形状）顺纹抗压强度试样破坏的形状n n根据试样破坏面的状态，顺纹抗压试样的根据试样破坏面的状态，顺纹抗压试样的破坏可分为以下六种形状：压缩、楔形劈破坏可分为以下六种形状：压缩、楔形劈裂、剪切、劈裂、压缩与顺纹剪切和压披，裂、剪切、劈裂、压缩与顺纹剪切和压披，木材顺纹抗压破坏时常见的六种形态木材顺纹抗压破坏时常见的六种形态 第30页/共83页5.2.2.2 横纹抗压强度横纹抗压强度n n横纹抗压强度的测定有两种方式横纹抗压强度的测定有两种方式横纹抗压强度的测定有两种方式横纹抗压强度的测定有两种方式:横纹全部拉压和横纹局部抗压强度。荷载作横纹全部拉

29、压和横纹局部抗压强度。荷载作横纹全部拉压和横纹局部抗压强度。荷载作横纹全部拉压和横纹局部抗压强度。荷载作用于试样的全部，称为横纹全部拉压强度；荷载作用于试样的局部，称为横用于试样的全部，称为横纹全部拉压强度；荷载作用于试样的局部，称为横用于试样的全部，称为横纹全部拉压强度；荷载作用于试样的局部，称为横用于试样的全部，称为横纹全部拉压强度；荷载作用于试样的局部，称为横纹局部抗压强度。依荷载作用于年轮的方向，分为弦向抗压和径向抗压。外纹局部抗压强度。依荷载作用于年轮的方向，分为弦向抗压和径向抗压。外纹局部抗压强度。依荷载作用于年轮的方向，分为弦向抗压和径向抗压。外纹局部抗压强度。依荷载作用于年轮的

30、方向，分为弦向抗压和径向抗压。外力相切于年轮的方向为弦向，垂直于年轮的方向为径向。因此横纹横纹抗压力相切于年轮的方向为弦向，垂直于年轮的方向为径向。因此横纹横纹抗压力相切于年轮的方向为弦向，垂直于年轮的方向为径向。因此横纹横纹抗压力相切于年轮的方向为弦向，垂直于年轮的方向为径向。因此横纹横纹抗压强度有径向全部抗压、弦向全部抗压与径向局部抗压、弦向局部抗压四种形强度有径向全部抗压、弦向全部抗压与径向局部抗压、弦向局部抗压四种形强度有径向全部抗压、弦向全部抗压与径向局部抗压、弦向局部抗压四种形强度有径向全部抗压、弦向全部抗压与径向局部抗压、弦向局部抗压四种形式式式式 第31页/共83页木材横纹抗压

31、强度测定试样与受力方向木材横纹抗压强度测定试样与受力方向1-径向全部抗压径向全部抗压 2-径向局部抗压径向局部抗压 第32页/共83页针叶材及阔叶树环孔材径向受压时应力与应变间的关系针叶材及阔叶树环孔材径向受压时应力与应变间的关系 第33页/共83页5.2.3 5.2.3 木材的抗弯强度木材的抗弯强度木材的抗弯强度木材的抗弯强度 n n5.2.3.1 5.2.3.1 木梁承受弯曲荷载时应力的分布特点木梁承受弯曲荷载时应力的分布特点木梁承受弯曲荷载时应力的分布特点木梁承受弯曲荷载时应力的分布特点n n木材抗弯强度是指木材承受逐渐施加弯曲荷载的最大能力，可以用曲率半径木材抗弯强度是指木材承受逐渐施

32、加弯曲荷载的最大能力，可以用曲率半径木材抗弯强度是指木材承受逐渐施加弯曲荷载的最大能力，可以用曲率半径木材抗弯强度是指木材承受逐渐施加弯曲荷载的最大能力，可以用曲率半径的大小来度量。它与树种、树龄、部位、含水率和温度等有关。的大小来度量。它与树种、树龄、部位、含水率和温度等有关。的大小来度量。它与树种、树龄、部位、含水率和温度等有关。的大小来度量。它与树种、树龄、部位、含水率和温度等有关。n n木材抗弯强度亦称静曲强度，或弯曲强度，是重要的木材力学性质之一，主木材抗弯强度亦称静曲强度，或弯曲强度，是重要的木材力学性质之一，主木材抗弯强度亦称静曲强度，或弯曲强度，是重要的木材力学性质之一，主木材

33、抗弯强度亦称静曲强度，或弯曲强度，是重要的木材力学性质之一，主要用于家具中各种柜体的横梁、建筑物的桁架、地板和桥梁等易于弯曲构件要用于家具中各种柜体的横梁、建筑物的桁架、地板和桥梁等易于弯曲构件要用于家具中各种柜体的横梁、建筑物的桁架、地板和桥梁等易于弯曲构件要用于家具中各种柜体的横梁、建筑物的桁架、地板和桥梁等易于弯曲构件的设计。静力荷载下，木材弯曲特性主要决定于顺纹抗拉和顺纹抗压强度之的设计。静力荷载下，木材弯曲特性主要决定于顺纹抗拉和顺纹抗压强度之的设计。静力荷载下，木材弯曲特性主要决定于顺纹抗拉和顺纹抗压强度之的设计。静力荷载下，木材弯曲特性主要决定于顺纹抗拉和顺纹抗压强度之间的差异。

34、因为木材承受静力抗弯荷载时，常常因为压缩而破坏，并因拉伸间的差异。因为木材承受静力抗弯荷载时，常常因为压缩而破坏，并因拉伸间的差异。因为木材承受静力抗弯荷载时，常常因为压缩而破坏，并因拉伸间的差异。因为木材承受静力抗弯荷载时，常常因为压缩而破坏，并因拉伸而产生明显的损伤。对于抗弯强度来说，控制着木材抗弯比例极限的是顺纹而产生明显的损伤。对于抗弯强度来说，控制着木材抗弯比例极限的是顺纹而产生明显的损伤。对于抗弯强度来说，控制着木材抗弯比例极限的是顺纹而产生明显的损伤。对于抗弯强度来说，控制着木材抗弯比例极限的是顺纹抗压比例极限时的应力，而不是顺纹抗拉比例极限时应力。抗压比例极限时的应力，而不是顺

35、纹抗拉比例极限时应力。抗压比例极限时的应力，而不是顺纹抗拉比例极限时应力。抗压比例极限时的应力，而不是顺纹抗拉比例极限时应力。第34页/共83页木材承受弯曲荷载时受力方式与应力分布情况木材承受弯曲荷载时受力方式与应力分布情况 第35页/共83页n n当梁承受中央荷载弯曲时，梁的变形是上凹下凸，上部当梁承受中央荷载弯曲时，梁的变形是上凹下凸，上部当梁承受中央荷载弯曲时，梁的变形是上凹下凸，上部当梁承受中央荷载弯曲时，梁的变形是上凹下凸，上部纤维受压应力而缩短，下部纤维受拉应力而伸长，其间纤维受压应力而缩短，下部纤维受拉应力而伸长，其间纤维受压应力而缩短，下部纤维受拉应力而伸长，其间纤维受压应力而

36、缩短，下部纤维受拉应力而伸长，其间存在着一层纤维既不受压缩短也不受拉伸长，这一层长存在着一层纤维既不受压缩短也不受拉伸长，这一层长存在着一层纤维既不受压缩短也不受拉伸长，这一层长存在着一层纤维既不受压缩短也不受拉伸长，这一层长度不变的纤维层称为中性层。中性层与横截面的交线称度不变的纤维层称为中性层。中性层与横截面的交线称度不变的纤维层称为中性层。中性层与横截面的交线称度不变的纤维层称为中性层。中性层与横截面的交线称为中性轴。受压和受拉区应力的大小与距中性轴的距离为中性轴。受压和受拉区应力的大小与距中性轴的距离为中性轴。受压和受拉区应力的大小与距中性轴的距离为中性轴。受压和受拉区应力的大小与距中

37、性轴的距离成正比，中性层的纤维承受水平方向的顺纹剪力。由于成正比，中性层的纤维承受水平方向的顺纹剪力。由于成正比，中性层的纤维承受水平方向的顺纹剪力。由于成正比，中性层的纤维承受水平方向的顺纹剪力。由于顺纹抗拉强度是顺纹抗压强度的顺纹抗拉强度是顺纹抗压强度的顺纹抗拉强度是顺纹抗压强度的顺纹抗拉强度是顺纹抗压强度的2 23 3倍，随着梁弯曲变倍，随着梁弯曲变倍，随着梁弯曲变倍，随着梁弯曲变形的增大，中性层逐渐向下位移，直到梁弯曲破坏为止。形的增大，中性层逐渐向下位移，直到梁弯曲破坏为止。形的增大，中性层逐渐向下位移，直到梁弯曲破坏为止。形的增大，中性层逐渐向下位移，直到梁弯曲破坏为止。第36页/

38、共83页5.2.3.2 抗弯强度的测定抗弯强度的测定n n各树种木材抗弯强度平均值约为各树种木材抗弯强度平均值约为各树种木材抗弯强度平均值约为各树种木材抗弯强度平均值约为90MPa90MPa左右。针叶树材径向和弦向抗弯左右。针叶树材径向和弦向抗弯左右。针叶树材径向和弦向抗弯左右。针叶树材径向和弦向抗弯强度间有一定的差异，弦向比径向高出强度间有一定的差异，弦向比径向高出强度间有一定的差异，弦向比径向高出强度间有一定的差异，弦向比径向高出10101212；阔叶树材两个方向；阔叶树材两个方向；阔叶树材两个方向；阔叶树材两个方向上的差异一般不明显。上的差异一般不明显。上的差异一般不明显。上的差异一般不

39、明显。n n抗弯强度的测定方法各国不同，区别在于试样的尺寸、加荷方式和加荷抗弯强度的测定方法各国不同，区别在于试样的尺寸、加荷方式和加荷抗弯强度的测定方法各国不同，区别在于试样的尺寸、加荷方式和加荷抗弯强度的测定方法各国不同，区别在于试样的尺寸、加荷方式和加荷速度的差别。我国国家标准规定：试样断面为速度的差别。我国国家标准规定：试样断面为速度的差别。我国国家标准规定：试样断面为速度的差别。我国国家标准规定：试样断面为2020mm2020mm，长度为，长度为，长度为，长度为300mm300mm，跨度为，跨度为，跨度为，跨度为240mm240mm；中央荷载，弦向加荷；试验以均匀速度加荷，；中央荷载

40、，弦向加荷；试验以均匀速度加荷，；中央荷载，弦向加荷；试验以均匀速度加荷，；中央荷载，弦向加荷；试验以均匀速度加荷，在在在在1-21-2分钟内使试样破坏。试验时为避免试样在支座和受力点产生压痕，分钟内使试样破坏。试验时为避免试样在支座和受力点产生压痕，分钟内使试样破坏。试验时为避免试样在支座和受力点产生压痕，分钟内使试样破坏。试验时为避免试样在支座和受力点产生压痕，影响试验结果，在支座和受力点上应加钢质垫片。垫片的尺寸为影响试验结果，在支座和受力点上应加钢质垫片。垫片的尺寸为影响试验结果，在支座和受力点上应加钢质垫片。垫片的尺寸为影响试验结果，在支座和受力点上应加钢质垫片。垫片的尺寸为3020

41、5mm30205mm。第37页/共83页木材抗弯强度的测定木材抗弯强度的测定 抗弯强度用下式计算抗弯强度用下式计算w 3PL/2bh2 (Mpa)12w 1+0.04（W-12）(Mpa)式中：式中：w 木材试样气干状态下的抗弯强度木材试样气干状态下的抗弯强度P破坏时的荷载，破坏时的荷载，N；L跨度，跨度，240mm；b试样宽度，试样宽度，mm；h试样高度，试样高度，mm；W试验时试样的含水率试验时试样的含水率()。第38页/共83页5.2.3.3 抗弯弹性模量抗弯弹性模量n n木材抗弯弹性模量是指木材受力弯曲时，在比例极限内应力与应变之比，用木材抗弯弹性模量是指木材受力弯曲时，在比例极限内应

42、力与应变之比，用木材抗弯弹性模量是指木材受力弯曲时，在比例极限内应力与应变之比，用木材抗弯弹性模量是指木材受力弯曲时，在比例极限内应力与应变之比，用于计算梁及桁架等弯曲荷载下的变形以及计算安全荷载。于计算梁及桁架等弯曲荷载下的变形以及计算安全荷载。于计算梁及桁架等弯曲荷载下的变形以及计算安全荷载。于计算梁及桁架等弯曲荷载下的变形以及计算安全荷载。n n木材的抗弯弹性模量代表木材的刚性或弹性，表示在比例极限以内应力与应木材的抗弯弹性模量代表木材的刚性或弹性，表示在比例极限以内应力与应木材的抗弯弹性模量代表木材的刚性或弹性，表示在比例极限以内应力与应木材的抗弯弹性模量代表木材的刚性或弹性，表示在比

43、例极限以内应力与应变之间的关系，也即表示梁抵抗弯曲或变形的能力。梁在承受荷载时，其变变之间的关系，也即表示梁抵抗弯曲或变形的能力。梁在承受荷载时，其变变之间的关系，也即表示梁抵抗弯曲或变形的能力。梁在承受荷载时，其变变之间的关系，也即表示梁抵抗弯曲或变形的能力。梁在承受荷载时，其变形与弹性模量成反比，弹性模量大，变形小，其木材刚度也大。形与弹性模量成反比，弹性模量大，变形小，其木材刚度也大。形与弹性模量成反比，弹性模量大，变形小，其木材刚度也大。形与弹性模量成反比，弹性模量大，变形小，其木材刚度也大。第39页/共83页木材抗弯弹性模量的测定木材抗弯弹性模量的测定 第40页/共83页5.2.3.

44、4 5.2.3.4 抗弯弹性模量与抗弯强度间的关系抗弯弹性模量与抗弯强度间的关系抗弯弹性模量与抗弯强度间的关系抗弯弹性模量与抗弯强度间的关系 n n抗弯强度与抗弯弹性模量间成正比关系。目前所试验过的国抗弯强度与抗弯弹性模量间成正比关系。目前所试验过的国抗弯强度与抗弯弹性模量间成正比关系。目前所试验过的国抗弯强度与抗弯弹性模量间成正比关系。目前所试验过的国产树种中，产树种中，产树种中，产树种中，针叶材抗弯强度最大针叶材抗弯强度最大针叶材抗弯强度最大针叶材抗弯强度最大树种为长苞铁杉树种为长苞铁杉树种为长苞铁杉树种为长苞铁杉122.7Mpa122.7Mpa，最小最小最小最小的为的为的为的为柳杉柳杉柳

45、杉柳杉53.2Mpa53.2Mpa；阔叶材抗弯强度最大阔叶材抗弯强度最大阔叶材抗弯强度最大阔叶材抗弯强度最大的树种为海南子的树种为海南子的树种为海南子的树种为海南子京京京京183.1Mpa183.1Mpa，最小最小最小最小的为兰考泡桐为的为兰考泡桐为的为兰考泡桐为的为兰考泡桐为28.9Mpa28.9Mpa；针叶材；针叶材；针叶材；针叶材抗弯弹性抗弯弹性抗弯弹性抗弯弹性模量模量模量模量最大树种为最大树种为最大树种为最大树种为落叶松落叶松落叶松落叶松14.5Gpa14.5Gpa，最小的为，最小的为，最小的为，最小的为云杉云杉云杉云杉6.2Gpa6.2Gpa；阔叶；阔叶；阔叶；阔叶材抗弯弹性模量最大

46、的树种为材抗弯弹性模量最大的树种为材抗弯弹性模量最大的树种为材抗弯弹性模量最大的树种为蚬木蚬木蚬木蚬木21.1Gpa21.1Gpa，最小的为兰考，最小的为兰考，最小的为兰考，最小的为兰考泡泡泡泡桐为桐为桐为桐为4.2Gpa4.2Gpa。木材。木材。木材。木材抗弯强度抗弯强度抗弯强度抗弯强度，我国，我国，我国，我国针叶材针叶材针叶材针叶材大多数树种在大多数树种在大多数树种在大多数树种在6060100Mpa100Mpa之间，之间，之间，之间，阔叶材阔叶材阔叶材阔叶材大多数树种在大多数树种在大多数树种在大多数树种在6060140Mpa140Mpa之间。木材之间。木材之间。木材之间。木材抗抗抗抗弯弹性

47、模量弯弹性模量弯弹性模量弯弹性模量，我国，我国，我国，我国针叶材针叶材针叶材针叶材大多数树种在大多数树种在大多数树种在大多数树种在8.08.012Gpa12Gpa之间，之间，之间，之间，阔阔阔阔叶材叶材叶材叶材大多数树种在大多数树种在大多数树种在大多数树种在8.08.014.0Gpa14.0Gpa之间。之间。之间。之间。第41页/共83页n n我国我国我国我国356356个树种木材在含水率为个树种木材在含水率为个树种木材在含水率为个树种木材在含水率为15%15%情况下，抗弯弹性模量情况下，抗弯弹性模量情况下，抗弯弹性模量情况下，抗弯弹性模量E E与抗弯强度与抗弯强度与抗弯强度与抗弯强度 间关系

48、为线型函数，方程如下：间关系为线型函数，方程如下：间关系为线型函数，方程如下：间关系为线型函数，方程如下：n nE=0.086+33.7,r=0.84E=0.086+33.7,r=0.84n n二者高度密切相关。抗弯强度测定要容易得多，利用此式可估测木材的二者高度密切相关。抗弯强度测定要容易得多，利用此式可估测木材的二者高度密切相关。抗弯强度测定要容易得多，利用此式可估测木材的二者高度密切相关。抗弯强度测定要容易得多，利用此式可估测木材的抗弯弹性模量。同时，在非破坏的情况下测得木材的抗弯弹性模量，也抗弯弹性模量。同时，在非破坏的情况下测得木材的抗弯弹性模量，也抗弯弹性模量。同时，在非破坏的情况

49、下测得木材的抗弯弹性模量，也抗弯弹性模量。同时，在非破坏的情况下测得木材的抗弯弹性模量，也可利用此式估测木材的抗弯强度。可利用此式估测木材的抗弯强度。可利用此式估测木材的抗弯强度。可利用此式估测木材的抗弯强度。第42页/共83页5.2.4 木材的抗剪强度木材的抗剪强度n n木材抵抗剪切应力的最大能力，称为抗剪强度。木材抵抗剪切应力的最大能力，称为抗剪强度。木材抵抗剪切应力的最大能力，称为抗剪强度。木材抵抗剪切应力的最大能力，称为抗剪强度。n n木材抗剪强度视外力作用于木材纹理的方向，分为顺纹抗剪强度和横纹抗剪木材抗剪强度视外力作用于木材纹理的方向，分为顺纹抗剪强度和横纹抗剪木材抗剪强度视外力作

50、用于木材纹理的方向，分为顺纹抗剪强度和横纹抗剪木材抗剪强度视外力作用于木材纹理的方向，分为顺纹抗剪强度和横纹抗剪强度。在实际应用中发生横纹剪切的现象不仅罕见，而且横纹剪切总是要横强度。在实际应用中发生横纹剪切的现象不仅罕见，而且横纹剪切总是要横强度。在实际应用中发生横纹剪切的现象不仅罕见，而且横纹剪切总是要横强度。在实际应用中发生横纹剪切的现象不仅罕见，而且横纹剪切总是要横向压坏纤维产生拉伸作用而并非单纯的横纹剪切，因此通常不作为材性指标向压坏纤维产生拉伸作用而并非单纯的横纹剪切，因此通常不作为材性指标向压坏纤维产生拉伸作用而并非单纯的横纹剪切，因此通常不作为材性指标向压坏纤维产生拉伸作用而并