木材的力学性能
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木材的力学性质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,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。
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8-1b )。
应力单位曾一度使用dyn/cm 2、kgf/cm 2等,近年来开始采用国际单位中的N/mm 2(=MPa )。
不同树种的木材物理力学性能不同树种的木材物理力学性能包括:弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。
树木是木材的原体,是由它本身生命生存与繁衍的整个生长过程,积累了成为不同木材的物质,直到生命自然终结,或被认为终结生命,而成为被利用的材料。
树木是木质多年生植物,通常把它分为乔木和灌木两种。
乔木是l.3米以上,只有一个直立主干的树木;灌木是直立的、具有丛生茎的树木。
我国现有木本植物约7000多种,属乔木者约占1/3以上,但是作为工业用材而供应市场的只不过1000种,常见的约300种。
树木是人类繁衍延续到今天的必要条件。
它靠空气、水和阳光存活,通过一系列化学反应,形成树木肢体的物理变化,为人类营造出了天然的乐园。
“碳”是形成木材物理力基础。
树木在生长发育过程中,形成了高度发达的营养体。
水分及营养液等流体的输运现象始终伴随着树木营养生长的生理过程。
树木由树梢沿主轴向上生长(高生长),也在土壤深处向下生长(根生长),中间的树干部分沿着径向生长。
前一年形成的树干部分到了次年不会再进行高生长。
树木从天上接受阳光的沐浴,到地下去寻觅水分,把原料从树根输送到叶片。
由叶子制造养分,将养分向下输送,供给树木生长需要。
这样,树木生长过程中,形成了非常协调完备的水分及养分的输送系统。
一株红杉(美)树高达112米,一株杏仁桉(奥)树竟高达156米,一株银杏(中)树龄达3000年,一株世界爷(美)树龄竟达7800年。
那么对于如此高大、如此年久的树木,体内各种物质(水、矿物质、可溶性碳水化合物和激素等等)是它的最外层是树皮(外皮),树皮里边一层是韧皮部(也叫内皮),经它将营养液由叶部输送到树木的其他部分(包括根在内)。
再向内一层是形成层,它的细胞不断分裂,使树木沿径向生长而不断加粗。
再往里是边材和心材,即木质部,木质部中被叫做导管的细胞组织,它将树液输送到茎和叶部。
木材力学性能的检测与分析研究木材在建筑、家具制造等方面有着广泛的应用。
然而,不同种类的木材具有不同的力学性能,这直接关系到其使用寿命和使用效果。
因此,对木材的力学性能进行检测与分析研究具有重要的意义。
一、木材力学性能检测方法1. 弯曲强度测试弯曲测试常用于表征木材的强度和坚固度,可以通过测定弯曲载荷和弯曲位移获得相应的参数。
2. 抗压强度测试抗压测试可以测量木材在受压力作用下的强度。
压缩试验中,木样通常被置于试验机之下,沿木材长度方向卸载,以测量材料在受压状态下的强度。
压缩测试还可以测量木材的纵向变形率。
3. 抗拉强度测试拉伸试验可以测量木材的抗拉强度和弹性模量。
在该测试中,材料被拉伸,并通过暴露样品的两端来应用外部力。
4. 剪切强度测试剪切测试会测量材料沿剪切面抵抗踩踏和分裂的能力。
剪切测试让木材在机器之下部分剪断,通过测量所需的切割力来测定木材剪切强度。
二、影响木材力学性能的因素1. 木材年轮木材年轮认为是一种显著的木材力学性能因素。
纵向拉伸试验等工业测试表明,木材的年轮会影响它的拉伸强度和其底杆点。
2. 木材物种不同种类的木材由不同的树种遗传,以及生长环境变因,因此,不同种类的木材具有着不同的性能。
松木是一种轻质木材具高硬度、高强度、高韧性,是建筑和工业用材的优选。
激素树、榉树等是高雅的家居木材,其触感具有细腻、光滑、挺拔等特点。
3. 湿度木材不锈柿将会随着环境湿度发生变化,湿度过高或过低都会导致木材吸收或释放水份,会影响它的大小和形状以及相对的力学性能。
4. 微观结构微观结构也是一种影响木材力学性能的因素,如木材横向壁厚比例及孔隙率等,都会影响它的强度和韧性等综合性能。
三、木材力学性能分析通过上述方法检测不同种类、不同生长环境和不同干燥要求的木材力学性能,我们也可以对其进行分析。
分析的方式有很多种,从简单的屈服点分析,到详细的材料模拟和流场仿真分析。
1. 屈服点分析在材料力学中,材料屈服点有着重要的意义。
木材材料力学特性测试与分析一、引言木材是一种常见的建筑材料,其在建筑、制造、家具工业和造船业中有广泛应用。
为了确保木材的质量和性能,需要对其力学特性进行测试和分析。
本文将简要介绍木材的力学特性,以及常用的测试方法和分析技术。
二、木材力学特性木材在力学方面的特性指的是其承载力、刚度和变形等方面的性能。
木材的强度和刚度受到许多因素的影响,包括木材的物种、年轮方向、含水率和温度等因素。
通常情况下,木材的强度和刚度主要通过抗弯强度、抗压强度、抗拉强度、剪切强度和应变等指标来衡量。
三、木材力学特性测试方法1. 木材弯曲测试弯曲测试是一种常用的测试方法,可用于测量木材抗弯强度和弯曲刚度。
该测试方法需要将木材放置在两个支撑点之间,并施加一个断面恒定直线负载。
此时,可以通过记录木材的挠度和应力来计算其抗弯强度和弯曲刚度。
2. 木材压缩测试压缩测试可用于测量木材抗压强度。
该测试方法需要将木材的端面放置在两个支撑点之间,并施加一个垂直于端面的直线负载。
在测试过程中,需要记录木材的应力和变形数据以计算其抗压强度。
3. 木材拉伸测试拉伸测试可用于测量木材的抗拉强度。
该测试方法需要将两个木材棒头拉伸并施加一个直线负载。
在测试过程中,需要记录木材的应力和变形数据以计算其抗拉强度。
4. 木材剪切测试剪切测试可用于测量木材剪切强度。
该测试方法需要将木材的断面放置在两个支撑点之间,并施加一个剪切负载。
在测试过程中,需要记录木材的应力和变形数据以计算其剪切强度。
四、木材力学特性分析技术1. 应力-应变关系分析应力-应变关系是描述木材力学性能的一种基本方法。
该方法可以通过实验数据计算得到,并可用于评估木材的强度和刚度。
此外,通过应力-应变关系还可以确定木材的断裂点和屈服点等关键特征点。
2. 弹性模量计算弹性模量是表征木材刚度的重要参数。
它可以通过测量木材的应变和应力来计算。
由于弹性模量受到多个因素的影响,包括木材物种、含水率和年轮方向等因素,因此需要根据不同的情况进行调整和修正。