木材学-第八章

木材学课程负责人吴义强教授湖南省精品课程木材科学与技术国家重点学科木材力学性质木材力学性质弹性与木材的正交异向弹性强度、韧性与破坏应力与应变粘弹性第八章木材的力学性质TheMechanicalPropertiesofWood主要力学性能指标影响力学性质的主要原因容许应力木材力学性质8.1应力与应变应力指物体在外力作用下单位面积上的内力应变外力作用下，物体单位长度上的尺寸或形状的变化拉应力压应力剪应力拉应力σ=P/A压应力σ=-P/AＰＰＰＰ应力与应变的概念木材力学性质剪应力τ=P/AQＰＰＰＰ剪应力：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，使物体产生平行于应力作用面方向被剪切的应力。木材力学性质8.1.2应力与应变的关系应力—应变曲线：表示应力与应变的关系曲线。曲线的终点M表示物体的破坏点。应力-应变曲线（模式图）:σ=Eε(胡克定理)式中：E——拉压弹性模量，是材料的刚性指标实验表明:木材的抗压、抗拉及抗弯时的E值大致相等木材力学性质8.1.2.1比例极限、弹性变形与永久变形应力-应变的关系直线部分的上端点P对应的:比例极限应力和比例极限应变弹性变形应力超过弹性限度，除去应力后永久残留的应变塑性应变木材力学性质应力-应变曲线（模式图）8.1.2.2破坏应力与破坏应变M点--破坏应力极限强度破坏应变木材力学性质弹性弹性模量泊松比柔量剪切弹性模量表征材料在荷载状态下产生变形的难易程度将横向应变与轴向应变之比称为泊松比应力解除后即产生应变完全回复的性质物体产生单位应变所需要的应力，表征材料抵抗变形能力的大小剪切应力τ与剪切应变γ之间符合：τ=Gγ或γ=τ/G8.2弹性与木材的正交异向弹性木材力学性质正交对称性与正交异向弹性木材正交对称性8.2.2.1正交异向弹性木材为正交异性体。弹性的正交异性为正交异向弹性8.2.2.2木材的正交对称性木材具有圆柱对称性，使它成为近似呈柱面对称的正交对称性物体。符合正交对称性的材料，可以用虎克定律来描述它的弹性木材力学性质几种木材的弹性常数材料密度g/cm3含水率%ELMPaERMPaETMPaGLTMPaGLRMPaGTRMPaμRTμLRμLT针叶树材云杉0.3901211583896496690758390.430.370.47松木0.550101627211035736761172660.680.420.51花旗松0.59091640013009009101180790.630.430.37阔叶树材轻木0.20096274296103200310330.660.230.49核桃木0.590111123911726216908962280.720.490.63白蜡木0.670915790151682789613102690.710.460.51山毛榉0.750111370022401140106016104600.750.450.51木材力学性质8.3木材的粘弹性蠕变定义：在恒定应力下，木材应变随时间的延长而逐渐增大的现象。木材的蠕变曲线8.3.1木材的蠕变OA-----加载后的瞬间弹性变形AB-----蠕变过程（t0→t1）t↗→ε↗BC1----卸载后的瞬间弹性回复BC1==OAC1D----蠕变回复过程t↗→ε缓慢回复木材蠕变过程的三种变形瞬时弹性变形（服从胡克定理）弹性滞后变形（粘弹性）塑性变形（塑性）木材力学性质8.3.2木材的松弛松弛:在恒定应变条件下应力随时间的延长而逐渐减少的现象。黏弹性材料的松弛曲线(应变的速度为常数)松弛与蠕变的区别在于：在蠕变中，应力是常数，应变是随时间变化的可变量在松弛中，应变是常数，应力是随时间变化的可变量m为松弛系数,松弛系数随树种和应力种类而有不同，但更受密度和含水率影响，m值与密度成反比，与含水率成正比。木材力学性质8.4木材的强度、韧性与破坏强度韧性结构破坏指材料抵抗其受施应力而不致破坏的能力指材料在不致破坏的情况下所能抵御的瞬时最大冲击能量值指其组织结构在外力或外部环境作用下使整体完全丧失或部分丧失原有物理力学性能的现象顺纹压缩横纹压缩顺纹拉伸顺纹剪切横纹拉伸右图为:顺纹抗拉强度试验木材力学性质木材抗剪试样与受力支架1—附件主杆2—块3—L形块4，5—螺杆6—压块7—试样8——圆头螺钉木材横纹抗拉试样及其受力方向木材力学性质密度的影响含水率的影响纹理方向及超微构造的影响温度的影响缺陷的影响长期荷载的影响抗压强度抗拉强度抗弯强度与抗弯弹性模量抗剪强度冲击韧性硬度与耐磨性抗劈力木材8.5主要力学性能指标及主要影响因素主要力学性能指标主要影响因素木材力学性质含水率对松木力学强度的影响A—横向抗弯；B—顺纹抗压；C—顺纹抗剪温度-含水率对木材力学强度的影响木材力学性质8.6木材的容许应力左图:各项因素对木材强度的影响系数指木构件在使用或荷载条件下，能长期安全地承受的最大应力,在我国木结构的安全系数一般为3.5～6.0受力性质K1K2K3K4K5K6抗弯0.670.520.80—1.201.10顺纹抗压0.670.671.00—1.201.10顺纹抗拉0.670.380.850.901.201.10顺纹抗剪0.670.800.75—1.201.10木结构部件安全系数为折减系数之倒数，为强度平均值σ与容许应力[σ]的比值木材容许应力公式][1KA木材力学性质1.名词解释：弹性、塑性、蠕变、松弛、容许应力。2.何谓木材的应力松弛现象？3.简述木材力学性质的影响因素？4.木材的主要力学指标？5.用木材的蠕变曲线来说明木材属于黏弹性材料。