不同树种的木材物理力学性能

1、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13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。

2、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

3、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

4、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. 180. 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

5、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

6、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。.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

7、压力。.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。.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

8、，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：。=KPn,式中：。一一木 材强度；P木材密度；K和n常数，随强度的性质而不同。.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

9、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。.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。剪切而垂

10、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 /cm 3)干缩度 （生材一气干）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径向弦向材 全 干材 气 干材 全 干材 气 干I0.30.353.02.05.03.02.954.07.46.56.03.59.56.073.0三142.0三16.3三 15.1100 00表2国内常用树种物理力学性

11、能树种试验 时含 水率 /%气干密 度/(g/cm3 )干缩率/%（生材一气干）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,I VII,IIIII,IIIIIIIIII落叶 松15.0III,IVVIIIIIIIVIIIII四川 红杉15.0IIIIIIVIIIIIIIIIII云杉15.0I,I

12、IIIIIII,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15.0IIIIIIIIIIIII

13、III消极 和15.0IIIIIIIIII械木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,I V树种试验 时含 水率 /%气干密 度/（g/cm3 ）干缩率/%（生材一气干）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,I

14、IIIV青冈15.0IVIII,IVIVVIV, V水青 冈15.0IVIIIIIIIVIII麻栋15.0IVIII,IVIII,IVIII-VIV白栋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,

15、IVII,IIIII,IIIII,IIIIII,I V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/%（生材一气干）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

16、向弦 向紫椴15.0IIIII,III,III青檀15.0IVIVIVIIIIV白榆15.0IIIIIIIII,IIIIII樟树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

17、 龙脑 香15.0III,IVIII,VIII,VIII,IVIIIIV,VI,IIIIII,I V龙脑 香15.0IVIIIIIIVIVVIII,VIV低垂 坡垒15.0VIIII,IIIIII,IVIIIVIV,V渐尖 叶坡 垒15.0III,IVIII,IVIII,IVIII-VIV深红 婆罗 双15.0II,IIIIIIII,IIIII,IIIIIIIIIII浅红 婆罗 双15.0IIIIIIIIIIIIII,IIII黄婆 罗双15.0IIIIIIIIIIIIIII,IIIII白婆 罗双15.0II,IIIIIIIII,IIIIIII,IVII,IIIIII2树种试验 时含 水率 /%

18、气干密 度/（g/cm3 ）干缩率/%（生材一气干）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 向平滑 婆罗 双15.0VIIIIVVVVV吉索 婆罗 双15.0IVIIIIVVVVIV青梅15.0IVIIII,IIIIVIVVIV石栋15.0IVIIIIIIIVVIV海棠 木15.0IIIVIVII,IIIIIIII,IIIIVIV铁力 木15.0VVVVVV坤甸 铁木15.0VIVIV,VVIII,VIV湿地 木姜 子15.0IVIVIVIVIVIVI,III铁刀 木15.0III,IVIIIIII,IVIIIIV里

19、黄 八、檀15.0IV,VIVIV,VIIIV宽叶 黄檀15.0IVIIIIVIVIVIIIIV花黄 檀15.0VVV格木15.0IV,VVIV,V伯利 印茄15.0IVIIIIIIIIIVIV大甘 巴豆15.0IVIIIIVIVVVIV马来 甘巴 豆15.0IVIIIIIVIVVIVIV印度 紫檀15.0IIIIIIIIIIIIIVIII3大花 米仔15.0IIIIVIVIIIII,IIIIVII兰树种试验 时含 水率 /%气干密 度/（g/cm3 ）干缩率/%（生材一气干）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 向肉豆 蔻15.0II,IIIIIIIIIIIIIIIIIII羽叶 番龙 眼15.0IIIIVIIIIIIIVIV于京 木15.0VIIIIVVVVV硬椴15.0III,IVIIIIIIII,IVIII,IVIII-VIII-VIII, V15.0II,IIIII,IIIIIIIIIIII柚木15.0II,IIIIIIIII,IIIIIIIIIIIIIII南美 蚁木15.0VVIVVVV轻木15.0IIIIIIII巴西 黑檀15.0IVIVIVIII奥克 榄15.0IIIIIIIIIVII乌木15.0VVVVIVV