《木材力學(xué)性質(zhì)》PPT課件.ppt

第 6 章 木材力學(xué)性質(zhì),木材力學(xué)性質(zhì)：, 木材在外力作用下,在變形和破壞方面所表現(xiàn)出來 的性質(zhì)。,木材的力學(xué)性質(zhì)主要包括：, 彈性、塑性、蠕變、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、 抗剪強(qiáng)度、沖擊韌性、抗劈力、抗扭強(qiáng)度、硬度和耐 磨性等。,木材力學(xué)性質(zhì)的各向異性 （材料力學(xué)的基本假設(shè)）, 與一般鋼材、混凝土及石材等材料不同，木材屬生物 材料，其構(gòu)造的各向異性導(dǎo)致其力學(xué)性質(zhì)的各向異性。 因此，木材力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)有順紋、橫紋、徑向、弦向 之分。,學(xué)習(xí)木材力學(xué)性質(zhì)的意義, 掌握木材的特性，合理選才、用材。,學(xué)習(xí)難點, 木材力學(xué)性質(zhì)基本概念的理解、木材力學(xué)性 質(zhì)特點及其影響因素。,本章重點, 掌握木材主要力學(xué)性質(zhì)的種類、受力方式及 其測定方法。 木材允許應(yīng)力的確定。,6.1 木材力學(xué)基礎(chǔ)理論與特點,6.1.1 應(yīng)力與應(yīng)變,應(yīng)力：分布內(nèi)力的集度（Nm2）,6.1.1.1 應(yīng)力,應(yīng)力的基本類型：拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力,拉應(yīng)力,=P/A,壓應(yīng)力,=-P/A,剪應(yīng)力,=P/AQ,6.1.1.2 應(yīng)變,6.1.1.3 應(yīng)力、應(yīng)變 的關(guān)系,=L / L,在彈性范圍內(nèi)，有,引入的比例常數(shù) E,式中：E 拉壓彈性模量，與材料有關(guān)，由 實驗獲得，是材料的剛性指標(biāo)。,= E (胡克定理),實驗表明: 木材的抗壓、抗拉及抗彎時的 E 值 大 致相等。,6.1. 2 比例極限、彈性變形、永久變形,實驗表明: 木材抗壓比例 極限P 比抗 拉時小得多。,（1）比例極限（P） （比例極限工程意義）,（2）彈性變形,（3）永久變形,6.1. 3 剛度、脆性、韌性和塑性,木材具有較高的剛度密度比，故可用于建筑材料。,（1）剛度材料抵抗變形的能力,（2）脆性材料在破壞之前無明顯變形的 性質(zhì)。,木材的脆性與樹種、生長環(huán)境、遺傳、生長 應(yīng)力、缺陷和腐朽有關(guān)。,脆性大的木材，一 般質(zhì)量較輕，纖維 素的含量低。,生長輪特別寬的針葉樹材及生長輪特別窄的 闊葉樹材易形成脆性木材。,（3）韌性材料抵抗沖擊的能力（KJm2）,韌性大的木材抗沖擊能力強(qiáng)，抗劈性也強(qiáng)。所以工程中用木材的抗沖擊性和抗劈性來表示木材的韌性。,（4）塑性材料所具有的保持不可恢復(fù)的變形 的性質(zhì)。,木材屬于非完全彈性材料，僅在一定范圍內(nèi)具有彈性，超過此范圍后，木材即產(chǎn)生塑性變形。,木材的塑性與樹種、樹齡、溫度、含水率有關(guān)。一般地，木材的塑性隨溫度及含水率的升高而增大。（木材的主要成分）,木材塑性的工程應(yīng)用,6.1.4 木材的粘彈性,6.1.4.1 彈性固體與粘性流體的變形特性,（1）彈性固體,具有確定的形狀，變形只與外力有關(guān)，與時間無關(guān)。卸除外力后，變形消失，恢復(fù)原形。,（2）粘性流體,無確定的形狀，取決于容器。變形除與外力有關(guān)外還與時間有關(guān)，產(chǎn)生不可逆的流動變形。,6.1.4.2 木材的粘彈性,木材為生物高分子材料，具有彈性固體和粘性流體的特性。同時具有彈性和粘性兩種不同機(jī)制的變形。體現(xiàn)著彈性固體和流體的綜合特性。木材的這種特性稱為木材的粘彈性。如蠕變及松弛。,（1）木材蠕變,木材蠕變木材在恒應(yīng)力下其變形隨時間的增加 而增大的現(xiàn)象。,木材蠕變過程的三種變形：,瞬時彈性變形（服從胡克定理）,彈性滯后變形（粘彈性）纖維素分子鏈的卷曲或伸展所致。,塑性變形（塑性）纖維素分子鏈間的相對滑動所致。,（2）木材松弛現(xiàn)象,有蠕變必有松弛，反之亦然。,蠕變及松弛與木材的樹種（密度）有關(guān)，還與溫度及含水率有關(guān)。,（3）蠕變與松弛對工程的影響,木材松弛木材在恒應(yīng)變下應(yīng)力隨時間的增長 而減小的現(xiàn)象。,（4）木材蠕變特性研究簡介,木材的蠕變特性曲線是一 粘彈性曲線。,木材的蠕變變形由三個部 分組成：,第一部分 是由木材內(nèi)部高度結(jié)晶的微纖絲構(gòu)架而引起的 彈性變形，這種變形是瞬間完成；,（4）木材蠕變特性研究簡介,第二部分是鏈段的伸展而 引起的延遲彈性 變形，這種變形 是隨時間而變化 的；,第三部分是高分子的相 互滑移引起的 粘性流動。,，,力學(xué)模型,，,根據(jù)流變學(xué)理論，其任一瞬時的蠕變?nèi)崃縅（t）為：,數(shù)學(xué)模型,5.1.5 木材力學(xué)性質(zhì)的特點,5.1.5.1 木材性質(zhì)的層次性 針葉材闊葉樹層次狀明顯，木材橫切面上可以見到致密的晚材與組織疏松的早材構(gòu)成年輪而成同心園狀。徑切面上早晚材交替為平行的條紋；弦切面上則交替為“V”形花紋；木材力學(xué)性能各輪多少有點差異。,5.1.5.2 多孔性 木材主要是細(xì)胞組成，微觀構(gòu)造上橫切面所觀察到細(xì)胞斷面為孔眼；徑切面、弦切面上為中空管狀，及細(xì)胞壁上紋孔等；宏觀構(gòu)造上，導(dǎo)管分子孔狀結(jié)構(gòu)等。,5.1.5.3 木材力學(xué)性質(zhì)各向異性,前述木材物理性質(zhì)（干縮性、熱、電、聲學(xué)等）構(gòu)造性質(zhì)各向異性，同樣木材力學(xué)性質(zhì)亦存在著各向異性。木材大多數(shù)細(xì)胞軸向排列，僅少量木射線徑向排列。木材為中空的管狀細(xì)胞組成，其各個方向施加外力，木材破壞時產(chǎn)生的極限應(yīng)力不同。例如順紋抗拉強(qiáng)度可達(dá)120.0-150.0Mpa，而橫紋抗拉強(qiáng)度僅3.0-5.0Mpa(C-H,H-O)，這主要與其組成分子的價鍵不同所致。軸向纖維素鏈狀分子是以C-C、 C-O鍵連接，而橫向纖維素鏈狀分子是以C-H、H-O連接，二者價鍵的能量差異很大。,5.1.5.4 木材的親濕性,前述纖維飽和點是材性變化轉(zhuǎn)折點，木材含水率在纖維飽和點以下時，如木材中纖維素和半纖維素分子上游離羥基吸收空氣中水分子，會使木材體積、密度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致木材強(qiáng)度發(fā)生變化。,5.1.5.5 木材力學(xué)性質(zhì)變異性,不同樹種,木材力學(xué)性質(zhì)不同。同一樹種，不同部位不同力學(xué)性質(zhì)不同.同一樹種,生長條件不同力學(xué)性質(zhì)不同；同時木材各種缺隙如節(jié)子，紋理、腐朽等都會影響木材力學(xué)性能。,5.2 木材主要力學(xué)性質(zhì)測定原理與方法,木材力學(xué)性質(zhì)研究，適及到力學(xué)種類、受力方向、靜力荷載與動力荷載以及加工工藝等。木材的強(qiáng)度象其它材料一樣，可分為抗拉、抗壓、抗剪、抗彎、抗扭、抗劈、耐磨性、抗沖擊和硬度等。木材是非均質(zhì)性的各向異性材料，其縱向、徑向和弦向三個方向力學(xué)強(qiáng)度具有明顯的差異。木材主要力學(xué)性質(zhì)的測定主要采用靜力荷載進(jìn)行。,5.2.1 木材的抗拉強(qiáng)度,木材順紋抗拉強(qiáng)度，是指木材沿紋理方向承受拉力荷載的最大能力。木材的順紋抗拉強(qiáng)度較大，各種木材平均約為117.7147.1MPa，為順紋抗壓強(qiáng)度的23倍。木材在使用中很少出現(xiàn)因被拉斷而破壞。 木材順紋拉伸破壞主要是縱向撕裂粗微纖絲和微纖絲間的剪切。微纖絲縱向的C-C、C-O鍵結(jié)合非常牢固，所以順拉破壞時的變形很小，通常應(yīng)變值小于13，而強(qiáng)度值卻很高。,木材順紋抗拉力學(xué)試樣及其受力方向,試驗時采用附有自動對直和拉緊夾具的試驗機(jī)進(jìn)行，試驗以均勻速度加荷，在1.5-2.0分鐘內(nèi)使試樣破壞。順紋抗拉強(qiáng)度按下式計算。 wP/a.b 式中：P最大荷載,N； a，b一試樣工作部位橫斷面(cm2)； W一試驗時的木材含水率()。,5.2.1.2 橫紋抗拉強(qiáng)度,木材橫紋抗拉試樣及其受力方向,木材的橫紋拉力比順紋拉力低得多，一般只有順紋拉力的l/301/40。因為木材徑向受拉時，除木射線細(xì)胞的微纖絲受軸向拉伸外，其余細(xì)胞的微纖絲都受垂直方向的拉伸；橫紋方向微纖絲上纖維素鏈間是以氫鍵（-OH）接合的，這種鍵的能量比木材纖維素縱向分子間C-C、C-O鍵接合的能量要小得多。此外，橫紋拉力試驗時，應(yīng)力不易均勻分布在整個受拉上，往往先在一側(cè)被拉劈，然后擴(kuò)展到整個斷面而破壞，并非真正橫紋抗拉強(qiáng)度。,5.2.2 木材的抗壓強(qiáng)度,5.2.2.1 順紋抗壓強(qiáng)度 木材順紋抗壓強(qiáng)度是指木材沿紋理方向承受壓力荷載的最大能力，主要用于誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)材和建筑材的榫接合類似用途的容許工作應(yīng)力計算和柱材的選擇等，如木結(jié)構(gòu)支柱、礦柱和家具中的腿構(gòu)件所承受的壓力。 木柱有長柱與短柱之分。當(dāng)長度與最小斷面的直徑之比小于11或等于11時為短柱，大于11時為長柱，長柱亦稱歐拉柱。長柱以材料剛度為主要因素，受壓不穩(wěn)定，其破壞不是單純的壓力所致，而是縱向上會發(fā)生彎曲、產(chǎn)生扭矩，最后導(dǎo)致破壞，它已不屬于順紋抗壓的范疇。,（1）順紋抗壓強(qiáng)度的測定,我國國家標(biāo)準(zhǔn)木材物理力學(xué)試驗方法（GB 1927-1943-91）規(guī)定，只測定短柱的最大抗壓強(qiáng)度。其試樣尺寸為202030mm，長度平行于木材紋理；wP/a b 12w1+0.05(W-12) 式中：P破壞荷載，N； a，b試樣斷面尺寸，mm； W試驗時的木材含水率()； w、12木材氣干狀態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)含水率12%時的強(qiáng)度，Mpa。 我國木材順壓強(qiáng)度的平均值約為45Mpa；順壓比例極限與強(qiáng)度的比值約為0.7，針葉樹材該比值約為0.78，軟闊葉樹材為0.70，硬闊葉樹材為0.66。針葉樹材具有較高比例極限的原因是，它的構(gòu)造較單純且有規(guī)律；硬闊葉樹環(huán)孔材因構(gòu)造不均一，使這一比值最低。,（2）順紋抗壓強(qiáng)度試樣破壞的形狀,根據(jù)試樣破壞面的狀態(tài)，順紋抗壓試樣的破壞可分為以下六種形狀：壓縮、楔形劈裂、剪切、劈裂、壓縮與順紋剪切和壓披，,木材順紋抗壓破壞時常見的六種形態(tài),5.2.2.2 橫紋抗壓強(qiáng)度,橫紋抗壓強(qiáng)度的測定有兩種方式:橫紋全部拉壓和橫紋局部抗壓強(qiáng)度。荷載作用于試樣的全部，稱為橫紋全部拉壓強(qiáng)度；荷載作用于試樣的局部，稱為橫紋局部抗壓強(qiáng)度。依荷載作用于年輪的方向，分為弦向抗壓和徑向抗壓。外力相切于年輪的方向為弦向，垂直于年輪的方向為徑向。因此橫紋橫紋抗壓強(qiáng)度有徑向全部抗壓、弦向全部抗壓與徑向局部抗壓、弦向局部抗壓四種形式,木材橫紋抗壓強(qiáng)度測定試樣與受力方向 1-徑向全部抗壓 2-徑向局部抗壓,針葉材及闊葉樹環(huán)孔材徑向受壓時應(yīng)力與應(yīng)變間的關(guān)系,5.2.3 木材的抗彎強(qiáng)度,5.2.3.1 木梁承受彎曲荷載時應(yīng)力的分布特點 木材抗彎強(qiáng)度是指木材承受逐漸施加彎曲荷載的最大能力，可以用曲率半徑的大小來度量。它與樹種、樹齡、部位、含水率和溫度等有關(guān)。 木材抗彎強(qiáng)度亦稱靜曲強(qiáng)度，或彎曲強(qiáng)度，是重要的木材力學(xué)性質(zhì)之一，主要用于家具中各種柜體的橫梁、建筑物的桁架、地板和橋梁等易于彎曲構(gòu)件的設(shè)計。靜力荷載下，木材彎曲特性主要決定于順紋抗拉和順紋抗壓強(qiáng)度之間的差異。因為木材承受靜力抗彎荷載時，常常因為壓縮而破壞，并因拉伸而產(chǎn)生明顯的損傷。對于抗彎強(qiáng)度來說，控制著木材抗彎比例極限的是順紋抗壓比例極限時的應(yīng)力，而不是順紋抗拉比例極限時應(yīng)力。,木材承受彎曲荷載時受力方式與應(yīng)力分布情況,當(dāng)梁承受中央荷載彎曲時，梁的變形是上凹下凸，上部纖維受壓應(yīng)力而縮短，下部纖維受拉應(yīng)力而伸長，其間存在著一層纖維既不受壓縮短也不受拉伸長，這一層長度不變的纖維層稱為中性層。中性層與橫截面的交線稱為中性軸。受壓和受拉區(qū)應(yīng)力的大小與距中性軸的距離成正比，中性層的纖維承受水平方向的順紋剪力。由于順紋抗拉強(qiáng)度是順紋抗壓強(qiáng)度的23倍，隨著梁彎曲變形的增大，中性層逐漸向下位移，直到梁彎曲破壞為止。,5.2.3.2 抗彎強(qiáng)度的測定,各樹種木材抗彎強(qiáng)度平均值約為90MPa左右。針葉樹材徑向和弦向抗彎強(qiáng)度間有一定的差異，弦向比徑向高出1012；闊葉樹材兩個方向上的差異一般不明顯。 抗彎強(qiáng)度的測定方法各國不同，區(qū)別在于試樣的尺寸、加荷方式和加荷速度的差別。我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：試樣斷面為2020mm，長度為300mm，跨度為240mm；中央荷載，弦向加荷；試驗以均勻速度加荷，在1-2分鐘內(nèi)使試樣破壞。試驗時為避免試樣在支座和受力點產(chǎn)生壓痕，影響試驗結(jié)果，在支座和受力點上應(yīng)加鋼質(zhì)墊片。墊片的尺寸為30205mm。,木材抗彎強(qiáng)度的測定,抗彎強(qiáng)度用下式計算 w 3PL/2bh2 (Mpa) 12w 1+0.04（W-12） (Mpa) 式中： w 木材試樣氣干狀態(tài)下的抗彎強(qiáng)度 P破壞時的荷載，N； L跨度，240mm； b試樣寬度，mm； h試樣高度，mm； W試驗時試樣的含水率 ()。,5.2.3.3 抗彎彈性模量,木材抗彎彈性模量是指木材受力彎曲時，在比例極限內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變之比，用于計算梁及桁架等彎曲荷載下的變形以及計算安全荷載。 木材的抗彎彈性模量代表木材的剛性或彈性，表示在比例極限以內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系，也即表示梁抵抗彎曲或變形的能力。梁在承受荷載時，其變形與彈性模量成反比，彈性模量大，變形小，其木材剛度也大。,木材抗彎彈性模量的測定,5.2.3.4 抗彎彈性模量與抗彎強(qiáng)度間的關(guān)系,抗彎強(qiáng)度與抗彎彈性模量間成正比關(guān)系。目前所試驗過的國產(chǎn)樹種中，針葉材抗彎強(qiáng)度最大樹種為長苞鐵杉122.7Mpa，最小的為柳杉53.2Mpa；闊葉材抗彎強(qiáng)度最大的樹種為海南子京183.1Mpa，最小的為蘭考泡桐為28.9Mpa；針葉材抗彎彈性模量最大樹種為落葉松14.5Gpa，最小的為云杉6.2Gpa；闊葉材抗彎彈性模量最大的樹種為蜆木21.1Gpa，最小的為蘭考泡桐為4.2Gpa。木材抗彎強(qiáng)度，我國針葉材大多數(shù)樹種在60100Mpa之間，闊葉材大多數(shù)樹種在60140Mpa之間。木材抗彎彈性模量，我國針葉材大多數(shù)樹種在8.012Gpa之間，闊葉材大多數(shù)樹種在8.014.0Gpa之間。,我國356個樹種木材在含水率為15%情況下，抗彎彈性模量E與抗彎強(qiáng)度間關(guān)系為線型函數(shù)，方程如下： E = 0.086+33.7, r=0.84 二者高度密切相關(guān)。抗彎強(qiáng)度測定要容易得多，利用此式可估測木材的抗彎彈性模量。同時，在非破壞的情況下測得木材的抗彎彈性模量，也可利用此式估測木材的抗彎強(qiáng)度。,5.2.4 木材的抗剪強(qiáng)度,木材抵抗剪切應(yīng)力的最大能力，稱為抗剪強(qiáng)度。 木材抗剪強(qiáng)度視外力作用于木材紋理的方向，分為順紋抗剪強(qiáng)度和橫紋抗剪強(qiáng)度。在實際應(yīng)用中發(fā)生橫紋剪切的現(xiàn)象不僅罕見，而且橫紋剪切總是要橫向壓壞纖維產(chǎn)生拉伸作用而并非單純的橫紋剪切，因此通常不作為材性指標(biāo)進(jìn)行測定。木材的橫紋抗剪強(qiáng)度為順紋抗剪強(qiáng)度的34倍。,木材抗剪試樣與受力支架 1附件主桿 2塊 3L形塊 4，5螺桿 6壓塊 7試樣 8圓頭螺釘,木材的順紋抗剪強(qiáng)度視木材受剪面的不同，分為弦面抗剪強(qiáng)度和徑面抗剪強(qiáng)度,如圖。剪切面平行于年輪的弦面剪切，其破壞常出現(xiàn)于早材部分，在早材和晚材交界處滑行，破壞表面較光滑，但略有起伏，面上帶有細(xì)絲狀木毛。剪切面垂直于年輪的徑面，剪切破壞時，其表面較為粗糙，不均勻而無明顯木毛。在擴(kuò)大鏡下，早材的一些星散區(qū)域上帶有細(xì)木毛。,木材順剪強(qiáng)度較小，平均只有順紋抗壓強(qiáng)度的1030。紋理較斜的木材，如交錯紋理、渦紋、亂紋等,其順剪強(qiáng)度會明顯增加。闊葉樹材順剪強(qiáng)度平均比針葉樹材高出1/2。闊葉樹材弦面抗剪強(qiáng)度較徑面高出1030，如木射線越發(fā)達(dá)，這種差異更加明顯。針葉樹材，其徑面和弦面的抗剪強(qiáng)度大致相同。,5.2.5 木材的硬度,木材的硬度，是指木材抵抗其它剛體壓入的能力。木材的硬度與木材的密度密切相關(guān)，密度大其硬度則高，反之則低。,木材密度與硬度的關(guān)系,木材硬度測定方法 1半圓形的鋼壓頭； 2調(diào)整螺絲（上觸點）；3具有彈簧裝置的下觸點；4套筒,同一樹種，其端面硬度大于徑面和弦面硬度，徑面與弦面相差不大。針葉樹材平均高出35，闊葉樹材高出25左右。大多數(shù)樹種的弦面和徑面硬度相近，但木射線發(fā)達(dá)的麻櫟、青岡櫟等樹種的木材硬度，弦面可高出徑面510。 木材硬度測定方法有布氏硬度法和金氏硬度法二種。我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用金氏法，采用電觸控制附件測定，如圖5-15。試樣尺寸為505070mm，試驗是以每分鐘3-6mm的均勻速度將鋼壓頭的半球完全壓入木材，直至5.64mm深度為止。對于加壓后試樣易裂的樹種，鋼半球壓入的深度允許減至2.82mm，此時截面積為75mm2。對于含水率為W%的木材，其硬度按下式計算： HW = K P,5.2.6 木材的沖擊韌性,木材的沖擊韌性，是指木材受沖擊力而彎曲折斷時，試樣單位面積所吸收的能量。 吸收的能量越大，表明木材的韌性越高而脆性越低。沖擊韌性與其他木材強(qiáng)度性質(zhì)不同，不是用破壞試樣的力來表示，而是用破壞試樣所消耗的功(kJ/m2)表示。沖擊破壞消耗的功愈大，木材韌性愈大，亦即脆性愈小。試驗所得數(shù)據(jù)不能用于木結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算，只能作為衡量木材品質(zhì)的參考。在生產(chǎn)上常以此作為槍托、飛機(jī)、車船、木梭、木桶、球棒及運(yùn)動器械等用材的檢驗指標(biāo)。,木材沖擊韌性的測定，通常采用兩種方式，即一次沖擊試驗法和連續(xù)沖擊試驗法，我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一次沖擊試驗法。 試樣尺寸為2020300mm，兩支座間距離跨度為240mm，中央荷載，只作弦向試驗，一次沖斷。擺錘質(zhì)量10kg，起始高度為1m，自由落下，試樣被沖擊折斷后，擺錘自由擺動到另一個高度，二次高度勢能之差，即為試樣折斷時所吸收的能量，可直接從力學(xué)試驗機(jī)上讀出。,試驗結(jié)果用下式計算： T1000Q/bh 式中：Q 試樣吸收的能量(kJ/m2)； b試樣的寬度(mm)； h試樣的高度(mm)。,國產(chǎn)針葉木材，其沖擊韌性數(shù)值多在17.9-67.5kJ/m2(0.179-0.675 kgm/cm2),闊葉材多在16.0-182.2kJ /m2(0.160-1.822 kgm /cm2)。木材沖擊韌性受木材密度、溫度和木材缺陷等因素的影響。有關(guān)含水率對木材沖擊韌性的影響，說法不一。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，木材沖擊試驗結(jié)果不進(jìn)行含水率的測定和校正。,5.2.7 木材工藝力學(xué)性質(zhì),5.2.7.1 抗劈力 木材的抗劈力，是指木材的一端沿紋理方向抵抗劈開的能力。 抗劈力屬于工藝性質(zhì)，而且關(guān)系到其它的工藝性質(zhì)，如開榫性。抗劈力大的木材，其握釘力也強(qiáng)。木材抗劈力象其它力學(xué)性質(zhì)一樣，受木材密度、木材構(gòu)造的影響。通常密度大的木材，其抗劈力也大，這種關(guān)系表現(xiàn)得非常密切，呈直線關(guān)系。在密度相同的條件下，由于細(xì)胞的組成不同，闊葉樹材的抗劈力大于針葉樹材的抗劈力。交錯紋理、木節(jié)可增大抗劈力。木材的含水率對抗劈力的影響不明顯。,木材徑面(A)與弦面(B)抗劈力的試樣形狀,5.2.7.2 木材的握釘力,木材的握釘力，是指木材抵抗釘子拔出的能力。 木材具有固著釘子的性能，握釘力亦即木材與釘子之間的摩擦力。當(dāng)握釘力的大小取決于木材的種類、含水率、密度、硬度、彈性、紋理方向、釘子的形狀及其與木材接觸面的大小等。例如水曲柳的徑面握釘力為2130N，而端面為1460N(圓釘3.Omm)。密度大的木材其握釘力也強(qiáng)，例如含水率15時，紫椴的密度為0.49，其握釘力為420N，水曲柳的密度為0.69，其握釘力為1460N。,5.2.7.3 耐磨性,耐磨性是木材抵抗磨損的能力。 木材磨損是在其表面受摩擦、擠壓、沖擊和剝蝕等，以及這些因子綜合作用時，所產(chǎn)生的表面化過程其特點為磨損部分只有表面形狀和體積等物理狀況的變化，而化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變。變化的大小是以磨損部分所損失的重量或體積來衡定。它與樹種、密度、方向、硬度、含水率等有關(guān)。這一性質(zhì)對評價木質(zhì)地板和耐磨木構(gòu)件有一定作用。,5.2.7.4 彎曲能力,指木材彎曲破壞前的最大彎曲能力可以用曲率半徑的大小來度量。它與樹種、樹齡、部位、含水率和溫度等有關(guān)。木材塑性大，其彎曲能力也大。,5.3 影響木材力學(xué)性質(zhì)的因子,5.3.1 木材水分的影響,含水率對松木力學(xué)強(qiáng)度的影響 A橫向抗彎；B順紋抗壓；C順紋抗剪,木材含水率對木材力學(xué)性質(zhì)的影響，主要是由于單位體積內(nèi)纖維素和木素分子的數(shù)目增多，分子間的結(jié)合力增強(qiáng)所致。含水率高于纖維飽和點，自由水含量增加，其強(qiáng)度值不再減小，基本保持恒定。經(jīng)過長期的研究證實，含水率在纖維飽和點以下，強(qiáng)度的對數(shù)值與含水率成一直線關(guān)系。,5.3.2 木材密度的影響,木材密度是決定木材強(qiáng)度和剛度的物質(zhì)基礎(chǔ)，是判斷木材強(qiáng)度的最佳指標(biāo)。密度增大，木材強(qiáng)度和剛性增高；密度增大，木材的彈性模量呈線性增高；密度增大，木材韌性也成比例地增長。在通常的情況下，除去木材內(nèi)含物，如樹脂、樹膠等，密度大的木材，其強(qiáng)度高，木材強(qiáng)度與木材密度二者存在著下列指數(shù)關(guān)系方程。 Kn 式中：木材強(qiáng)度； 木材密度； K和n常數(shù)，隨強(qiáng)度的性質(zhì)而不同。,國產(chǎn)樹種木材密度與力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系,5.3.3 溫度,溫度對木材力學(xué)性能影響比較復(fù)雜。一般情況下，室溫范圍內(nèi)，影響較小，但在高溫和極端低溫情況下，影響較大。正溫度的變化，在導(dǎo)致木材含水率及其分布產(chǎn)生變化同時，會造成木材內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力和干燥等缺陷。主要原因在于熱促使細(xì)胞壁物質(zhì)分子運(yùn)動加劇，內(nèi)摩擦減少，微纖絲間松動增加，引起木材強(qiáng)度下降。如水熱處理情況下，溫度超過180，木材物質(zhì)會發(fā)生分解；或在83 左右條件下，長期受熱，木材中抽提物、果膠、半纖維素等會部分或全部消失，從而引起木材強(qiáng)度損失，特別是沖擊韌性和拉伸強(qiáng)度會有較大的削弱。,5.3.4 木材缺陷的影響,木材中由于立地條件，生理及生物危害等原因，使木材的正常構(gòu)造發(fā)生變異，以致影響木材性質(zhì)，降低木材利用價值的部分，稱為木材的缺陷，如木節(jié)、斜紋、裂紋、蟲眼、變色和腐朽等。木材缺陷破壞了木材的正常構(gòu)造，必然影響木材的力學(xué)性質(zhì)，其影響程度視缺陷的種類、質(zhì)地、尺寸和分布等而不同。,5.3.4.1 木節(jié),節(jié)子的纖維與其周圍的纖維成直角或傾斜，節(jié)子周圍的木材形成斜紋理，使木材紋理的走向受到干擾。節(jié)子破壞了木材密度的相對均質(zhì)性，而且易于引起裂紋。節(jié)子對木材力學(xué)性質(zhì)的影響決定于節(jié)子的種類、尺寸、分布及強(qiáng)度的性質(zhì),1卵圓形、2長條形和3掌狀節(jié),1活節(jié)和2死節(jié),木節(jié)對橫紋抗壓強(qiáng)度的影響不明顯，當(dāng)節(jié)子位于受力點下方，節(jié)子走向與施力方向一致時，強(qiáng)度不僅不降低反而出現(xiàn)增高的現(xiàn)象。 木節(jié)對抗剪強(qiáng)度的影響研究得還不多，當(dāng)弦面受剪時，節(jié)子起到增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度的作用。,5.3.4.2 斜紋理,斜紋理是指木材纖維的排列方向與樹軸或材面成一角度者。在原木中斜紋理呈螺旋狀，其扭轉(zhuǎn)角度自邊材向髓心逐漸減小。在成材中呈傾斜狀。關(guān)于斜紋理形成的原因，說法很多，其中以遺傳形成斜紋理的現(xiàn)象比較明顯，其次有人認(rèn)為樹木無主根特別是為蔓生根者形成斜紋理，也有人認(rèn)為是風(fēng)、光、重力等因素單獨(dú)或共同作用的結(jié)果。對于斜紋理的解釋尚無公認(rèn)的統(tǒng)一說法。落葉松、桉樹及馬尾松的斜紋理十分明顯。,斜紋理對木材順紋抗拉、抗彎和順紋抗壓的影響,5.3.4.3 樹干形狀的缺陷,樹干形狀的缺陷包括彎曲、尖削、凹兜和大兜。這類缺陷有損于木材的材質(zhì)，降低成材的出材率，加工時纖維易被切斷，降低木材的強(qiáng)度，尤其對抗彎、順紋抗拉和順紋抗壓強(qiáng)度的影響最為明顯。,5.3.4.4 裂紋,木材的裂紋，根據(jù)裂紋的部位和方向分為徑裂和輪裂。裂紋不僅發(fā)生于木材的貯存、加工和使用過程，而且有的樹木在立木時期已發(fā)生裂紋。立木的輪裂在樹干基部較為嚴(yán)重，由下向上逐漸減輕。徑裂多在貯存期間由于木材干燥而產(chǎn)生。當(dāng)木材干燥時原來立木中的裂紋還會繼續(xù)發(fā)展。裂紋不僅降低木材的利用價值，而且影響木材的力學(xué)性質(zhì)，其影響程度的大小視裂紋的尺寸、方向和部位而不同。,5.3.4.5 應(yīng)力木,林分中生長正常的林木，通常其干形通直。但當(dāng)風(fēng)力或重力作用于樹木時，其樹干往往發(fā)生傾斜或彎曲；或者，當(dāng)樹木發(fā)生偏冠時，樹干中一定部位會形成反常的木材組織。這類因樹干彎曲形成的異常木材（Abnormal wood）被稱為應(yīng)力木（Tension wood）。針葉樹中，應(yīng)力木形成于傾斜、彎曲樹干或樹枝的下方,稱之為應(yīng)壓木（Compression wood）。闊葉樹中，應(yīng)力木產(chǎn)生于傾斜、彎曲樹干或樹枝的上方，稱之為應(yīng)拉木（Tension wood）。應(yīng)力木在木段的橫斷面呈偏心狀，年輪偏寬的一側(cè)為應(yīng)力木部分。,針葉樹應(yīng)壓木和闊葉樹應(yīng)拉木,5.3.4