不同樹(shù)種的木材物理力學(xué)性能

1、不同樹(shù)種的木材物理力學(xué)性能不同樹(shù)種的木材物理力學(xué)性能包括：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。樹(shù)木是木材的原體，是由它本身生命生存與繁衍的整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程，積累了成為不同木材的物質(zhì)，直到生命自然終結(jié)，或被認(rèn)為終結(jié)生命，而成為被利用的材料。樹(shù)木是木質(zhì)多年生植物，通常把它分為喬木和灌木兩種。喬木是 1.31.3 米以上，只有一個(gè)直立主干的樹(shù)木；灌木是直立的、具有叢生莖的樹(shù)木。我國(guó)現(xiàn)有木本植物約 70007000 多種，屬喬木者約占 1/31/3 以上，但是作為工業(yè)用材而供應(yīng)市場(chǎng)的只不過(guò) 10001000 種，常見(jiàn)的約 300300 種。

2、樹(shù)木是人類繁衍延續(xù)到今天的必要條件。它靠空氣、水和陽(yáng)光存活，通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)，形成樹(shù)木肢體的物理變化，為人類營(yíng)造由了天然的樂(lè)園。“碳”是形成木材物理力基礎(chǔ)。樹(shù)木在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，形成了高度發(fā)達(dá)的營(yíng)養(yǎng)體。 水分及營(yíng)養(yǎng)液等流體的輸運(yùn)現(xiàn)象始終伴隨著樹(shù)木營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的生理過(guò)程。樹(shù)木由樹(shù)梢沿主軸向上生長(zhǎng)（高生長(zhǎng)），也在土壤深處向下生長(zhǎng)（根生長(zhǎng)），中間的樹(shù)干部分沿著徑向生長(zhǎng)。前一年形成的樹(shù)干部分到了次年不會(huì)再進(jìn)行高生長(zhǎng)。樹(shù)木從天上接受陽(yáng)光的沐浴，到地下去尋覓水分，把原料從樹(shù)根輸送到葉片。由葉子制造養(yǎng)分，將養(yǎng)分向下輸送，供給樹(shù)木生長(zhǎng)需要。這樣， 樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程中， 形成了非常協(xié)調(diào)完備的水分及養(yǎng)分的輸送系統(tǒng)。一株

3、紅杉（美）樹(shù)高達(dá) 112112 米，一株杏仁枝（奧）樹(shù)竟高達(dá) 15156 6米，一株銀杏（中）樹(shù)齡達(dá) 30003000 年，一株世界爺（美）樹(shù)齡竟達(dá) 7807800 0年。那么對(duì)于如此高大、如此年久的樹(shù)木，體內(nèi)各種物質(zhì)（水、礦物質(zhì)、可溶性碳水化合物和激素等等）是它的最外層是樹(shù)皮（外皮），樹(shù)皮里邊一層是韌皮部（也叫內(nèi)皮），經(jīng)它將營(yíng)養(yǎng)液由葉部輸送到樹(shù)木的其他部分（包括根在內(nèi)）。再向內(nèi)一層是形成層，它的細(xì)胞不斷分裂，使樹(shù)木沿徑向生長(zhǎng)而不斷加粗。再往里是邊材和心材，即木質(zhì)部，木質(zhì)部中被叫做導(dǎo)管的細(xì)胞組織，它將樹(shù)液輸送到莖和葉部。這個(gè)過(guò)程，就是水分將土壤中的碳分子和空氣中的碳分子，經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成積累。

4、壓力流動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)證明，樹(shù)木營(yíng)養(yǎng)液的流動(dòng)動(dòng)力是流體靜壓力。即凈生產(chǎn)細(xì)胞（如一片成熟葉）由于光合作用制造大量糖而保持較高的溶質(zhì)濃度，水便通過(guò)滲透作用不斷進(jìn)入凈生產(chǎn)細(xì)胞，使胞內(nèi)的流體靜壓力增加，迫使?fàn)I養(yǎng)液經(jīng)過(guò)胞間連絲進(jìn)入韌皮部。而凈消費(fèi)細(xì)胞（可以是一個(gè)根細(xì)胞、一個(gè)有代謝作用的細(xì)胞，或一個(gè)果實(shí)細(xì)胞）由于呼吸、生長(zhǎng)和儲(chǔ)藏保持著較低的溶質(zhì)濃度，胞內(nèi)流體靜壓力較低。這樣，營(yíng)養(yǎng)液便沿壓力梯度向下運(yùn)輸?shù)礁俊ｍg度部轉(zhuǎn)移營(yíng)養(yǎng)液的最高速度在闊葉樹(shù)中是 0.0.4 40.0.7 7 米/小時(shí)， 在針葉樹(shù)中是 0.0.18180.0.2 2 米/小時(shí)。對(duì)于一株 3030 米高的松樹(shù)和楊樹(shù)，營(yíng)養(yǎng)液由樹(shù)冠輸送到樹(shù)根的最短時(shí)

5、間分別為 7 7 天和 1.1.8 8 天，而對(duì)于 112112 米的紅杉來(lái)說(shuō)約需 2020 多天的時(shí)間。樹(shù)木所需的水分幾乎全部由根系（吸水器官）吸取，并沿木質(zhì)部（從根部到葉部）向上長(zhǎng)距離移動(dòng)。那么，水分是靠什么動(dòng)力來(lái)提升的呢？研究結(jié)果表明，動(dòng)力有兩種：一種是根壓，另一種是蒸騰拉力。這兩種力，在積累過(guò)程中，轉(zhuǎn)化成木材的力。木材力學(xué)是涉及木材在外力作用下的機(jī)械性質(zhì)或力學(xué)性質(zhì)的科學(xué)，它是木材學(xué)的一個(gè)重要組成部分。木材力學(xué)性質(zhì)是度量木材抵抗外力的能力，研究木材應(yīng)力與變形有關(guān)的性質(zhì)及影響因素。木材作為一種非均質(zhì)的、各向異性的天然高分子材料，許多性質(zhì)都有別于其它材料， 而其力學(xué)性質(zhì)和更是與其它均質(zhì)材料有

6、著明顯的差異。例如，木材所有力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)參數(shù)因其含水率（纖維飽和點(diǎn)以下）的變化而產(chǎn)生很大程度的改變；木材會(huì)表現(xiàn)由介于彈性體和非彈性體之間的黏彈性，會(huì)發(fā)生蠕變現(xiàn)象，并且其力學(xué)性質(zhì)還會(huì)受荷載時(shí)間和環(huán)境條件的影響。木材力學(xué)性質(zhì)包括應(yīng)力與應(yīng)變、彈性、黏彈性（塑性、蠕變）、強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、扭曲強(qiáng)度、沖擊韌性等）、硬度、抗劈力以及耐磨耗性等。1 1 .木材受到外壓力時(shí)，能抵抗外力壓縮變形破壞的能力，稱為抗壓強(qiáng)度.當(dāng)外部的壓力與木材纖維方向平行時(shí)的抗壓強(qiáng)度被稱為順紋抗壓強(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)材和建筑材的樺接合類似用途的

7、容許工作應(yīng)力計(jì)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。2 2 .木材的順紋抗拉強(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117.7-147.1MPa,117.7-147.1MPa,為順紋抗壓強(qiáng)度的 2-32-3 倍。木材在使用中很少由現(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-CC-C、C-OC-O鍵結(jié)合非常牢固， 所以順拉破壞時(shí)的變形很小， 通常應(yīng)變值小于 1%3%,1%3%,而強(qiáng)度值卻很高。3 3 .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

8、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(zhǎng)。在通常的情況下，除去木材內(nèi)含物，如樹(shù)脂、樹(shù)膠等，密度大的木材，具強(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：。 =Kpn,Kpn,式中： 。 木材強(qiáng)度；P木材密度；K K 和 n n常數(shù)，隨強(qiáng)度的性質(zhì)而不同。4 4 .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(lái)度量。它與樹(shù)種、樹(shù)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(jì)。靜力荷載下，

9、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?yàn)槟静某惺莒o力抗彎荷載時(shí)，常常因?yàn)閴嚎s而破壞，并因拉伸而產(chǎn)生明顯的損傷。對(duì)于抗彎強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，控制著木材抗彎比例極限的是順紋抗壓比例極限時(shí)的應(yīng)力， 而不是順紋抗拉比例極限時(shí)應(yīng)力。5 5 .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(shí)際應(yīng)用中發(fā)生橫紋剪切的現(xiàn)象不僅罕見(jiàn)， 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(cè)定。木材的橫紋抗剪強(qiáng)度為順紋抗剪強(qiáng)度的 3-43-4 倍。木材的順紋抗剪強(qiáng)度視木材受剪面的不同， 分為弦面抗

10、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，其破壞常由現(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(shí)，其表面較為粗糙，不均勻而無(wú)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)木毛常用木材物理力學(xué)性能物理力學(xué)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表 1 物理力學(xué)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)基 本密度/(g/cm3)氣干密團(tuán)(g g的3)3)十縮度/%（生材一氣十）順 紋抗壓強(qiáng)度/MPa抗彎強(qiáng)度/MPa抗彎彈 性模量/GPa順紋抗剪強(qiáng)度/MPa端面硬度/N徑向弦向生材全干也T干生材日干)干I0.30.353.02.05.03.02.954.07.

11、46.03.59.56.073.0142.016.315.110000表 2 國(guó)內(nèi)常用樹(shù)種物理力學(xué)性能樹(shù)種試驗(yàn)時(shí)含水率/%氣干密度/(g/cm3)干縮率/%（生材一氣干）順紋抗壓強(qiáng)度/MPa抗彎強(qiáng)度/MPa抗彎彈性模量/GPa順紋抗剪強(qiáng)度/MPa端面硬度/N徑向弦向福建柏15.0IIIIIIIIIIIIIIII銀杏15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII冷杉15.0IIIIIVIIIIIIIII杉松冷杉15.0IIIIIIIIIIIIII八南油松15.0II,IIIIIIII,IVII,IIIII,IIIIIIIIII落葉松15.0III,IVVIIIIIIIVIIIII四川紅杉15.0

12、IIIIIIVIIIIIIIIIII云杉15.0I,IIIIIIII,III,III,IIII濕地松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII紅松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII廠東松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII馬尾松15.0II,IIIII,IIIIVIIIIIIIIIII,III樟子松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII小南松15.0IIIIVIVII,IIIII,IIIIIII,III鐵杉15.0IIIIIIIIIII,IIIIIIIIII1陸均松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIIIVIII雞毛松15.0IIIIIIIIIIIIIIIVII

13、I杉木15.0IIIIIIIIIIIIIIII消極和15.0IIIIIIIIII械木15.0III,IVIIIIII,IVIII,IVIV,V刺楸15.0II,IIII,IIII,IIIII,IIIII,III南木江柏15.0IIIIIIIIIII光皮樺15.0IIIII,IIIIII,IVIII,IVIII,IV樹(shù)種試驗(yàn)時(shí)含水率/%氣干密度/(g/cm3)干縮率/%（生材一氣干）順紋抗壓 強(qiáng) 度/MPa抗彎強(qiáng)度/MPa抗彎彈性模量/GPa順紋抗剪強(qiáng)度/MPa端面硬度/N徑向弦向白樺15.0IIIII,IIIII,IIIII,IIIII,III秋楓15.0IIIII,IIIII,IIIII,I

14、IIIV青岡15.0IVIII,IVIVVIV,V水青岡15.0IVIIIIIIIVIII麻棟15.0IVIII,IVIII,IVIII-VIV白棟15.0IVIIIIII,IVIVV柞木15.0III,IVII,IIIIII,IVIII,IVIV楓香15.0IIIII,IIIII.IIIII,IIIIII山核桃15.0III,IVIIIIII,IVIII-IVIV核桃15.0II,IIIII,IIIII,IIIIIIII楓楊15.0IIIIIIII香樟15.0II,IIIIIIIIIII鐵刀15.0IIIIIIIIIIIIIV黃檀15.0IVIVIV,VIV,VV槐樹(shù)15.0III,IVII

15、,IIIII,IIIII,IIIIII,IV鵝掌楸15.0II,IIIIIIIIIIIII苦楝15.0II,IIIIIII,IIIIIII,III水曲柳15.0IIIIIIIIIIII,IVIII小葉楊15.0III,III,III,IIII山楊15.0III,II1I,IIIIII,II擬赤楊15.0III,IIIIIIII何木15.0IIIIIIIIIIIIIII15.0VIV,VVVV7樹(shù)種試驗(yàn)時(shí)含水率/%氣干密度/(g/cm3)干縮率/%（生材一氣干）順 紋 抗壓 強(qiáng) 度/MPa抗彎強(qiáng)度/MPa抗彎彈性模量/GPa順紋抗剪強(qiáng)度/MPa端面硬度/N徑向弦向紫搬15.0IIIII,III,

16、III青檀15.0IVIVIVIIIIV白榆15.0IIIIIIIII,IIIIII棒樹(shù)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榴蓮15.0IIIIIIIIIII,IIIII,IIIII,IIII-IVIII異翅香15.0IIIIIIIII,IIIII,IIIIIII,IIIIII杯裂香15.0IV,VIII,IVIVVII,IVIV雙翅龍腦香15.0III,IVIII,VIII,VI

17、II,IVIIIIV,VI,IIIIII,IV龍腦香15.0IVIIIIIIVIVVIII,VIV彳 曬 坡壘15.0VIIII,IIIIII,IVIIIVIV,V漸尖葉坡壘15.0III,IVIII,IVIII,IVIII-VIV深紅婆羅雙15.0II,IIIIIIII,IIIII,IIIIIIIIIII淺紅婆羅雙15.0IIIIIIIIIIIIII,IIII黃婆羅雙15.0IIIIIIIIIIIIIII,IIIII白婆羅雙15.0II,IIIIIIIII,IIIIIII,IVII,IIIIII樹(shù)種試驗(yàn)時(shí)含水率/%氣干密度/(g/cm3)十縮率/%（生材一氣干）順紋抗壓強(qiáng)度/MPa抗彎強(qiáng)度/

18、MPa抗彎彈性模量/GPa順紋抗剪強(qiáng)度/MPa端面硬度/N徑向弦向斑翳雙15.0VIIIIVVVVV吉索婆羅雙15.0IVIIIIVVVVIV青梅15.0IVIIII,IIIIVIVVIV石棟15.0IVIIIIIIIVVIV海棠木15.0IIIVIVII,IIIIIIII,IIIIVIV鐵力木15.0VVVVVV坤 甸 鐵木15.0VIVIV,VVIII,VIV濕地木姜子15.0IVIVIVIVIVIVI,III鐵刀木15.0III,IVIIIIII,IVIIIIV黑黃檀15.0IV,VIVIV,VIIIV寬 葉 黃檀15.0IVIIIIVIVIVIIIIV花黃檀15.0VVV格木15.0I

19、V,VVIV,V伯 利 印茄15.0IVIIIIIIIIIVIV巴豆15.0IVIIIIVIVVVIV馬 來(lái) 甘巴豆15.0IVIIIIIVIVVIVIV印 度 紫檀15.0IIIIIIIIIIIIIVIII3大 花 米仔15.0IIIIVIVIIIII,IIIIVII樹(shù)種試驗(yàn)時(shí)含水率/%氣干密度/(g/cm3)十縮率/%（生材一氣干）順紋 抗壓 強(qiáng) 度/MPa抗彎強(qiáng)度/MPa抗彎彈性 模 量/GPa順紋抗剪強(qiáng)度/MPa端面硬度/N徑向弦向肉豆蔻15.0II,IIIIIIIIIIIIIIIIIII羽葉眼15.0IIIIVIIIIIIIVIV子京木15.0VIIIIVVVVV硬搬15.0III,IVIIIIIIII,IVIII,IVIII-VIII-VIII,V15.0II,IIIII,IIIIIIIIIIII柚木15.0II,IIIIIIIII,IIIIIIIIIIIIIII南 美 蟻木15.0VVIVVVV輕木15.0IIIIIIII巴 西 黑檀15.0IVIVIVIII奧克欖15.0IIII