木材基础知识｜木材的粘弹性【批木网】
发布时间: 2015年11月09日 15:06:00
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木材为生物高分子材料，具有弹性固体和粘性流体的特性。木材具有弹性和粘性两种不同机理的变形，并体现着弹性固体和流体的综合特性，木材的这种特性就称作木材的粘弹性。它包括木材蠕变和松弛等现象，主要与木材使用环境下的温度、负荷时间、加荷速率和应变幅值等有关，其中温度和时间的影响尤为明显。
（1）木材蠕变现象木材在长期荷载下，讨论应力和应变时，必须考虑时间等因素。讨论材料变形时，必须同时考虑弹性和粘性两个性质的作用。在恒定的应力下，木材的应变随时间增长而增大的现象称蠕变。
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木材属高分子结构材料，它受外力作用时有3种变形：瞬时弹性变形、弹性后效变形及塑性变形。木材承受载荷时，产生与加荷进度相适应的变形称为瞬时弹性变形，它服从于虎克定律。加荷过程终止，木材立即产生随时间递减的弹性变形，也称粘弹性变形(弹性后效变形)，它是因纤维素分子链的卷曲或线伸展造成，这种变形也是可逆的，与弹性变形相比它具有时间滞后。而因外力荷载作用使纤维素分子链彼此滑动所造成的变形为塑性变形，是不可逆转的，如下图所示。
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（2）木材松弛现象木材这种材料在外力作用下产生变形，长时间观测就会发现，如果变形不变，对应此恒定变形的应力会随着时间延长而逐渐减小，如图6-5。木材这种恒定应变条件下应力随着时间延长而逐渐减小的现象称之为应力松弛现象，如图。松弛现象随树种和应力种类不同而有差异。实验求得。松弛现象与木材密度成反比，轻软的木材松弛现象比硬重的木材大得多；木材松弛现象随着含水率的增加而增大，湿材的松弛系数大。
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产生蠕变的材料必定会产生松弛，与此相反过程也能进行。二者主要区别在于：蠕变中应力是常数，应变随时间延长而增大；而在松弛中，应变是常数，应力逐渐减小。发生的根本原因就在于木材是既有弹性又有塑性的特性的材料。
建筑物木构件在长期承受静荷载时，要考虑蠕变所带来的影响。Denton和Riesenberger试验证明，若木梁承受衡载达到最大瞬间荷载能力的60%，因蠕变的影响，大约一年的时间木梁就遭到破坏。针叶树材在含水率不发生变化的条件下，施加静力荷载小于木材比例极限强度的75%时，可以认为是安全的。但在含水率变化条件下，大于比例极限强度20%时，就可能产生蠕变，随时间延长最终会导致破坏。含水率增大会增加木材的塑性和变形，这种变形是累加的效应。温度对蠕变有显著的影响，木材温度愈高，纤维素分子链运动加剧，变形也大，木梁夏季变形大。因此木材作为承重结构材使用时，设计应力或荷重应控制在弹性极限或蠕变极限范围之内，必须避免塑性变形的产生。此外，人造板生产中，要考虑木质材料的粘弹性问题。
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