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。这个过程，就是水分将土壤中的碳分子和空气中的碳分子，经过化学反应形成积累。压力流动模型实验证明，树木营养液的流动动力是流体静压力。即净生产细胞（如一片成熟叶）由于光合作用制造大量糖而保持较高的溶质浓度，水便通过渗透作用不断进入净生产细胞，使胞内的流体静压力增加，迫使营养液经过胞间连丝进入韧皮部。而净消费细胞（可以是一个根细胞、一个有代谢作用的细胞，或一个果实细胞）由于呼吸、生长和储藏保持着较低的溶质浓度，胞内流体静压力较低。这样，营养液便沿压力梯度向下运输到根部。韧度部转移营养液的最高速度在阔叶树中是0．4～0．7米/小时，在针叶树中是0．18～0．2米/小时。对于一株30米高的松树和杨树，营养液由树冠输送到树根的最短时间分别为7天和1．8天，而对于112米的红杉来说约需20多天的时间。树木所需的水分几乎全部由根系（吸水器官）吸取，并沿木质部（从根部到叶部）向上长距离移动。那么，水分是靠什么动力来提升的呢？研究结果表明，动力有两种：一种是根压，另一种是蒸腾拉力。这两种力，在积累过程中，转化成木材的力。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。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。1.木材受到外压力时,能抵抗外力压缩变形破坏的能力,称为抗压强度.当外部的压力与木材纤维方向平行时的抗压强度被称为顺纹抗压强度.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。2.木材的顺纹抗拉强度，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117.7-147.1MPa，为顺纹抗压强度的2-3倍。木材在使用中很少出现因被拉断而破坏。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C-C、C-O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1％~3％，而强度值却很高。3.木材密度是决定木材强度和刚度的物质基础，是判断木材强度的最佳指标。密度增大，木材强度和刚性增高；密度增大，木材的弹性模量呈线性增高；密度增大，木材韧性也成比例地增长。在通常的情况下，除去木材内含物，如树脂、树胶等，密度大的木材，其强度高，木材强度与木材密度二者存在着下列指数关系方程:σ＝Kρn,式中：σ——木材强度；ρ——木材密度；K和n——常数，随强度的性质而不同。4.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。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抗压比例极限时的应力，而不是顺纹抗拉比例极限时应力。5.木材抵抗剪切应力的最大能力，称为抗剪强度。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进行测定。木材的横纹抗剪强度为顺纹抗剪强度的3－4倍。木材的顺纹抗剪强度视木材受剪面的不同，分为弦面抗剪强度和径面抗剪强度,如图。剪切面平行于年轮的弦面剪切，其破坏常出现于早材部分，在早材和晚材交界处滑行，破坏表面较光滑，但略有起伏，面上带有细丝状木毛。剪切面垂直于年轮的径面，剪切破坏时，其表面较为粗糙，不均匀而无明显木毛。在扩大镜下，早材的一些星散区域上带有细木毛。常用木材物理力学性能物理力学指标分级标准表1物理力学指标分级标准分级基本密度/（g/cm3）气干密度/（g/cm3）干缩度/%（生材—气干）顺纹抗压强度/MPa抗弯强度/MPa抗弯弹性模量/GPa顺纹抗剪强度/MPa端面硬度/N径向弦向生材~全干生材~气干生材~全干生材~气干I≤0.3≤0.35＜3.0＜2.0＜5.0＜3.0≤2.9≤54.0≤7.4≤6.5≤2500II0.31~0.450.351~0.553.0~4.02.0~2.55.0~6.53.0~4.029.1~44.054.1~88.07.5~10.36.6~9.52570~4000III0.46~.600.551~.754.0~5.02.5~3.06.5~8.04.0~5.044.1~59.088.1~118.010.4~13.29.6~12.04010~6500IV0.61~0.750.751~0.955.0~6.03.0~3.58.0~9.55.0~6.059.1~73.0118.1~142.013.3~16.212.1~15.06510~10000V≥0.75≥0.95＞6.0＞3.5＞9.5＞6.0＞73.0≥142.0≥16.3≥15.1＞10000表2国内常用树种物理力学性能树种试验时含水率/%气干密度/（g/cm3）干缩率/%（生材—气干）顺纹抗压强度/MPa抗弯强度/MPa抗弯弹性模量/GPa顺纹抗剪强度/MPa端面硬度/N径向弦向福建柏15.0IIIIIIIIIIIIIIII银杏15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII冷杉15.0IIIIIVIIIIIIIII杉松冷杉15.0IIIIIIIIIIIIII云南油松15.0II,IIIIIIII,IVII,IIIII,IIIIIIIIII落叶松15.0III,IVVIIIIIIIVIIIII四川红杉15.0IIIIIIVIIIIIIIIIII云杉15.0I,IIIIIIII,III,III,IIII湿地松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII红松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII广东松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII马尾松15.0II,IIIII,IIIIVIIIIIIIIIII,III樟子松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII云南松15.0IIIIVIVII,IIIII,IIIIIII,III铁杉15.0IIIIIIIIIII,IIIIIIIIII1陆均松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIIIVIII鸡毛松15.0IIIIIIIIIIIIIIIVIII杉木15.0IIIIIIIIIIIIIIII消极和15.0IIIIIIIIII槭木15.0III,IVIIIIII,IVIII,IVIV,V刺楸15.0II,IIII,IIII,IIIII,IIIII,III江南桤木15.0IIIIIIIIIII光皮桦15.0IIIII,IIIIII,IVIII,IVIII,IV树种试验时含水率/%气干密度/（g/cm3）干缩率/%（生材—气干）顺纹抗压强度/MPa抗弯强度/MPa抗弯弹性模量/GPa顺纹抗剪强度/MPa端面硬度/N径向弦向白桦15.0IIIII,IIIII,IIIII,IIIII,III秋枫15.0IIIII,IIIII,IIIII,IIIIV青冈15.0IVIII,IVIVVIV,V水青冈15.0IVIIIIIIIVIII麻栎15.0IVIII,IVIII,IVIII~VIV白栎15.0IVIIIIII,IVIVV柞木15.0III,IVII,IIIIII,IVIII,IVIV枫香15.0IIIII,IIIII.IIIII,IIIIII山核桃15.0III,IVIIIIII,IVIII~IVIV核桃15.0II,IIIII,IIIII,IIIIIIII枫杨15.0IIIIIIII香樟15.0II，IIIIIIIIIII铁刀15.0IIIIIIIIIIIIIV黄檀15.0IVIVIV,VIV,VV槐树15.0III,IVII,IIIII,IIIII,IIIIII,IV鹅掌楸15.0II,IIIIIIIIIIIII苦楝15.0II,IIIIIII,IIIIIII,III水曲柳15.0IIIIIIIIIIII,IVIII小叶杨15.0III,III,III,IIII山杨15.0III,III,IIIIII,II拟赤杨15.0III,IIIIIIII荷木15.0IIIIIIIIIIIIIII15.0VIV,VVVV树种试验时含水率/%气干密度/（g/cm3）干缩率/%（生材—气干）顺纹抗压强度/MPa抗弯强度/MPa抗弯弹性模量/GPa顺纹抗剪强度/MPa端面硬度/N径向弦向紫椴15.0IIIII,III,III青檀15.0IVIVIVIIIIV白榆15.0IIIIIIIII,IIIIII榉树15.0IVIIIIVIIIIV2印尼漆15.0IIII(II)IIIIIIII人面子15.0IIIIIIIIII,IIIIIIIII,IVII,III芒果15.0IIII,IIIII,IIIIII,IVIII,IVIV竹桃15.0IIIIIIIIII榴莲15.0IIIIIIIIIII,IIIII,IIIII,IIII~IVIII异翅香15.0IIIIIIIII,IIIII,IIIIIII,IIIIII杯裂香15.0IV,VIII,IVIVVII,IVIV双翅龙脑香15.0III,IVIII,VIII,VIII,IVIIIIV,VI,IIIIII,IV龙脑香15.0IVIIIIIIVIVVIII,VIV低垂坡垒