第 8章 木材的力学性质
主要介绍,
木材力学性质的基本概念、木材的应力 — 应变关系
木材的正交异向弹性、木材的黏弹性、木材的塑性
木材的强度与破坏、单轴应力下木材的变形与破坏特点
基本的木材力学性能指标
影响木材力学性质的主要因素等
目 录
8.1 应力与应变
8.3 木材的粘弹性
8.4 木材的强度、韧性与破坏
8.5 木材主要力学性能指标
8.6 影响木材力学性质的主要因素
8.7 木材的容许应力
8.2 弹性与木材的正交异向弹性
8.1.1 应力与应变的概念
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。
顺纹理加压与顺纹理剪切
压缩应力和拉伸应力,把短柱材受压或受拉状态下产生
的正应力。
剪应力,当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，而使物体产生平行于应力作用面方
向被剪切的应力。
8.1.2 应力与应变的关系
8.1.2.1 应力 — 应变曲线
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。
a b
应力 -应变曲线（模式图）
8.1.2.2 比例极限与永久变形
比例极限应力：直线部分的上端点 P对应的应力。
比例极限应变：直线部分的上端点 P对应的应变。
。
塑性应变（永久应变）：应力超过弹性限度，这时如果除去应力，应变不
会完全回复，其中一部分会永久残留。
a b
应力 -应变曲线（模式图）
8.1.2.3 破坏应力与破坏应变
破坏应力、极限强度：应力在 M点达到最大值，物体
产生破坏 (σM)。
破坏应变,M点对应的应变 (εM ) 。
a b
应力 -应变曲线（模式图）
8.1.2.4 屈服应力
当应力值超过弹性限度值并保持基本上一定，
而应变急剧增大，这种现象叫屈服，而应变突然转
为急剧增大的转变点处的应力叫屈服应力 (σY)。
8.1.2.5 木材应力与应变的关系
木材的应力与应变的关系属于既有弹性又有塑
性的材料 —— 黏弹性材料。在较小应力和较短时间
的条件下，木材的性能十分接近于弹性材料；反之，
则近似于黏弹性材料 。
8.2 弹性与木材的正交异向弹性
8.2.1 弹性与弹性常数
8.2.1.1 弹性
弹性,应力解除后即产生应变完全回复的性质。
8.2.1.2 弹性常数
（ 1） 弹性模量和柔量
弹性模量（ E ）, 物体产生单位应变所需要的应力，它表征材料
抵抗变形能力的大小,E=应力 /应变
物体的弹性模量值愈大，在外力作用下愈不易变形，材料的
强度也愈大。
柔量,弹性模量的倒数，表征材料在荷载状态下产生变形的难易
程度。
（ 2） 剪切弹性模量
剪切应力 τ 与剪切应变 γ 之间符合：
τ =Gγ 或 γ =τ /G
G 为剪切弹性模量，或刚性模量。
（ 3） 泊松比
物体的弹性应变在产生应力主轴方向收缩（拉伸）的同时还
伴随有垂直于主轴方向的横向应变，将横向应变与轴向应变之比
称为泊松比（ ? ）。
分子表示横向应变，分母表示轴向应变。
（ 4） 弹性常数
弹性模量 E、剪切弹性模量 G、泊松比通常统称为弹性常数。
?
?? '??
8.2.2 木材的正交对称性与正交异向弹性
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 。
木材正交对称性
方程中有 3个弹性模量,3个剪切弹性模量和 3个
泊松比。不同树种间的这 9个常数值是存在差异。
木材是高度各向异性材
料，木材三个主方向的
弹性模量即 EL>>ER >ET。
材料
密度
g/cm3
含水
率
%
EL
MPa
ER
MPa
ET
MPa
GLT
MPa
GLR
MPa
GTR
MPa μRT μLR μLT
针叶树
材
云杉 0.390 12 11583 896 496 690 758 39 0.43 0.37 0.47
松木 0.550 10 16272 1103 573 676 1172 66 0.68 0.42 0.51
花旗
松 0.590 9 16400 1300 900 910 1180 79 0.63 0.43 0.37
阔叶树
材
轻木 0.200 9 6274 296 103 200 310 33 0.66 0.23 0.49
核桃
木 0.590 11 11239 1172 621 690 896 228 0.72 0.49 0.63
白蜡
木 0.670 9 15790 1516 827 896 1310 269 0.71 0.46 0.51
山毛榉 0.750 11 13700 2240 1140 1060 1610 460 0.75 0.45 0.51
几种木材的弹性常数
8.3 木材的粘弹性
流变学,讨论材料荷载后的弹性和黏性的科学。 (讨论材料荷载后应
力 ---应变之间关系 随时间变化 的规律 )
蠕变和松弛 是黏弹性的主要内容。木材的黏弹性同样依赖于温度、负
荷时间、加荷速率和应变幅值等条件，其中温度和时间的影响尤为
明显。
8.3.1 木材的蠕变
8.3.1.1 蠕变
蠕变,在恒定应力下，木材应变随时间的延长而逐渐增大的现象。
瞬时弹性变形,与加荷速度相适应的变形，它服从于虎克定律；
黏弹性变形,加荷过程终止，木材立即产生随时间递减的弹性变形；
塑性变形,最后残留的永久变形。
差异：
黏弹性变形 是纤维素分子链的卷曲或伸展造成的，变形是可逆的，
但较弹性变形它具有时间滞后性。
塑性变形 是纤维素分子链因荷载而彼此滑动，变形是不可逆转的。
8.3.1.2 蠕变曲线
OA-----加载后的瞬间弹性变形
AB-----蠕变过程, （ t0→t 1） t↗ →ε ↗
BC1 ----卸载后的瞬间弹性回复, BC1==OA
C1D----蠕变回复过程,t↗ →ε 缓慢回复
故蠕变 AB包括两个组分：
弹性的组分 C1C2—— 初次蠕变 （ 弹性后效变形 ）
剩余永久变形 C2C3=DE—— 二次蠕变（塑性变形）
木材蠕变曲线变化表现的正是木材的黏弹性质。
木材的蠕变曲线
8.3.1.3 蠕变规律
（ 1）对木材施载产生瞬时变形后，变形有一随时间推移而
增大的蠕变过程；
（ 2）卸载后有一瞬时弹性恢复变形，在数值上等于施载时
的瞬时变形；
（ 3）卸载后有一随时间推移而变形减小的蠕变恢复，在此
过程中的是可恢复蠕变部分；
（ 4）在完成上述蠕变恢复后，变形不再回复，而残留的变
形为永久变形，即蠕变的不可恢复部分；
（ 5）蠕变变形值等于可恢复蠕变变形值和不可恢复蠕变变
形值之和。
8.3.1.4 单向应力循环加载时的蠕变特点
以一个方向的应力循环作用于木材，每个应力加载 — 卸载
周期都会残留一个变形，在热力学上，曲线所包围的面积相当
于各周期中能量的消耗。
能量的损耗随着每个周期增大，意味着在变形中做了更多
的功，同时造成材料蠕变的不可恢复部分越来越大。
反复加载 -卸载的应力 -应变周期图
8.3.1.5 蠕变的消除
对木材施加一荷载，荷载初期产生应力 — 应变曲线 OA′, 卸
载产生曲线 A ′ B ′, 残留了永久变形 OB ′ 。 为了使永久变形
消失而重新获得物体的原来形状，必须施加与产生曲线应力符号
相反的应力 OC ′, 而形成这段曲线 B′ C ′ ；
当 OC ′ 继续增大到等于 A ′ P
′, B ′ C ′ 将延至 C ′ D ′ ；卸去
这个符号相反的应力，产生应力 —
应变曲线 D ′ E ′,也不能恢复到
原形，残留负向的永久变形 E ′ O
′ 。再次通过反向应力 OF ′, 材
料才能恢复原形。如果再继续增大
应力，则产生曲线 F ′ A ′, 与原
曲线构成一个环状闭合。 A ′ B ′
D ′ F ′ 封闭曲线所包围的面积相
当于整个周期中的能量损耗。
多向应力作用下蠕变的消除
8.3.2 木材的松弛
8.3.2.1 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。
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；而在松弛中，应变是常数，应力是随时间
变化的可变量。
8.3.2.2 松弛曲线
松弛曲线,应力 — 时间曲线
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。 黏弹性材料的松弛曲线 (应变的速度为常数 )
8.3.3 木材的塑性
设计木材作为承重构件,应力或荷载重应控制在弹性极限
或蠕变极限范围之内。
8.3.3.1 塑性与塑性变形
塑性变形,当施加于木材的应力超过木材的弹性限度时，去除
外力后，木材仍会残留一个当前不能恢复的变形，将这个变
形称为塑性变形。
塑性,木材所表现出的这一性质称为塑性。
木材的塑性是由于在应力作用下,高分子结构的变形及
相互间相对移动 的结果。木材属于塑性较小的材料。
8.3.3.2 木材塑性的影响因素
影响木材塑性的重要因素有木材的 多孔性、木材的含水率和
温度，其中含水率和温度 的影响十分显著。
含水率,随 W 而增大。
温 度,随 T 而加大，这种性质往往被称为热塑性。
8.3.3.3 木材塑性的应用
干燥时，木材由于不规则干缩所产生的内应力
会破坏其组织的内聚力，而塑性的产生可以抵消一
部分木材的内应力。
8.4 木材的强度、韧性与破坏
8.4.1 木材的强度
强度是指材料抵抗其受施应力而不致破坏的能力，表
示单位截面积上材料的最大承载能力。
木材是各向异性的高分子材料，根据所施加应力的方
式和方向的不同，木材具有顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度、
横纹抗压强度、抗弯强度等多项力学强度指标参数。
8.4.2 木材的韧性
韧性 是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。
韧性材料往往是强度大的材料，但也有不符
合这个关系的 。
8.4.3 木材的破坏
8.4.3.1 破坏
木材结构破坏是指其组织结构在外力或外部
环境作用下发生断裂、扭曲、错位，而使木材宏
观整体完全丧失或部分丧失原有物理力学性能的
现象。
8.4.3.2 木材破坏的原因
纤维素赋予木材弹性和强度；
木质素赋予木材硬度和刚性；
半纤维素起填充作用，它赋予木材剪切强度。
从细胞壁结构和细胞壁结构物质的性质来看，
木材发生破坏的原因是微纤丝和纤维素骨架的填充
物的撕裂，或纤维素骨架的填充物的剪切，或纤维
被压溃所引起。任何条件对木材破坏的决定性作用
都取决于应力状态的类型 。
8.4.4 单轴应力下木材的变形与破坏特点
8.4.4.1 顺纹压缩
顺纹压缩破坏的宏观征状：最初现象是横跨侧面的细线条，
随着作用力加大，变形随之增加，材面上开始出现皱褶。
破坏形状和破坏部位常取决于木材含水率和硬度等因素。
湿材和软材 以端部压溃破坏最为常见，破坏出现在应力集中
的地方 。 干的木材 通常产生劈裂而破坏，这是由于纤维或木
射线的撕裂，而非木射线与邻接的构造分子之间的分离。
8.4.4.2 横纹压缩
木材横纹压缩是指作用力方向与木材纹理方向相垂直的压缩。
木材进行压缩时，应力 — 应变关系是一条非线性的曲线：
常规型 是散孔材横压时的特征，为不具平台的连续曲线。
三段型 是针叶树材和阔叶树材
环孔材 径向 受压时的特征曲线,
横纹压缩应力 —— 应变曲线
OA-早材的弹性曲线
AB-早材压损过程曲线
BC-晚材弹性曲线
而当弦向压缩时不出现 3段式曲线
8.4.4.3 顺纹拉伸
木材顺纹拉伸破坏主要是纵向撕裂和微纤丝之间的剪
切。 微纤丝纵向结合非常牢固，所以顺纹拉伸时的变形不
大，通常应变值小于 1%～ 3%，强度值却很高。即使在这
种情况下，微纤丝本身的拉伸强度也未能充分发挥，因为
木材的纤维会在微纤丝之间撕开。木材顺纹剪切强度特别
低，通常只有顺纹抗拉强度的 6%～ 10%。顺纹拉伸时，
微纤丝之间产生滑移使微纤丝撕裂破坏，其破坏断面通常
呈锯齿状、细裂片状或针状撕裂。其断面形状的不规则程
度，取决于木材顺拉强度和顺剪强度之比值。一般健全材
该比值较大，破坏常在强度较弱的部位剪切开，破坏断面
不平整，呈锯齿状木茬。
8.4.4.4 横纹拉伸
木材横纹拉伸分径向拉伸和弦向拉伸。
木材的横纹拉伸强度很低，只有顺纹拉伸强度的
1/35～ 1/65。由此可知，木材在径向和弦向拉伸时的强
度差，取决于木材密度及射线的数量与结构。
8.4.4.5 顺纹剪切
顺纹剪切、横纹剪切和切断。木材使用中最
常见的为顺纹剪切，又分为弦切面和径切面。
木材顺纹剪切的破坏特点是木材纤维在平行
于纹理的方向发生了相互滑移。弦切面的剪切破
坏（剪切面平行于生长轮）常出现于早材部分，
在早材和晚材交界处滑移，破坏表面较光滑。径
切面剪切破坏（剪切面垂直于年轮），其表面较
粗糙。
8.5 木材主要力学性能指标
根据 外力种类 划分有：压缩强度（包括顺
纹抗压强度，横纹抗压强度，局部抗压强度）、
拉伸强度（包括顺纹抗拉强度，横纹抗拉强
度）、抗弯强度、抗剪强度、扭曲强度、冲击
韧性、硬度、抗劈力等。
按 加载速度和作用方法 划分有：静态强度、
冲击强度、疲劳强度、蠕变强度。
8.5 木材主要力学性能指标
8.5.1 抗压强度
8.5.2 抗拉强度
8.5.3 抗弯强度与抗弯弹性模量
8.5.4 抗剪强度
8.5.5 冲击韧性
8.5.6 硬度与耐磨性
8.5.7 抗劈力
8.6 影响木材力学性质的主要因素
8.6.1 木材密度的影响
8.6.2 含水率的影响
8.6.3 温度的影响
8.6.4 长期荷载的影响
8.6.5 纹理方向及超微构造的影响
8.6.6 缺陷的影响
? 8.6.1 木材密度的影响
? 木材密度是决定木材强度和刚度的物质基础。
? 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。
8.6 影响木材力学性质的主要因素
8.6.1 木材密度的影响
8.6.2 含水率的影响
8.6.3 温度的影响
8.6.4 长期荷载的影响
8.6.5 纹理方向及超微构造的影响
8.6.6 缺陷的影响
8.6.2 含水率的影响
当含水率处在纤维
饱和点以下时，随着
含水率的下降，木材
力学强度急剧增加。
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
8.6 影响木材力学性质的主要因素
8.6.1 木材密度的影响
8.6.2 含水率的影响
8.6.3 温度的影响
8.6.4 长期荷载的影响
8.6.5 纹理方向及超微构造的影响
8.6.6 缺陷的影响
木材强度随温度升高而
较为均匀地下降。
湿材随温度升高而强度下降的
程度明显高于干材。
温度 -含水率对木材力学强度的影响
8.6 影响木材力学性质的主要因素
8.6.1 木材密度的影响
8.6.2 含水率的影响
8.6.3 温度的影响
8.6.4 长期荷载的影响
8.6.5 纹理方向及超微构造的影响
8.6.6 缺陷的影响
8.6.4 长期荷载的影响
木材的荷载持续时间会对木材强度有显著的影响。
受力性质 瞬时强度
当荷载为下列天数时，木材强度的百
分率 /%
/% 1 10 100 1000 10000
顺纹受压 100 78.5 72.5 66.7 60.2 54.2
静力弯曲 100 78.6 72.6 66.8 60.9 55.0
顺纹受剪 100 73.2 66.0 58.5 51.2 43.8
8.6.5 纹理方向及超微构造的影响
荷载作用线方向与纹理方向的关系是影响
木材强度的最显著因素之一。
拉伸强度和压缩强度均为顺纹方向最大，
横纹方向最小。
8.6 影响木材力学性质的主要因素
8.6.1 木材密度的影响
8.6.2 含水率的影响
8.6.3 温度的影响
8.6.4 长期荷载的影响
8.6.5 纹理方向及超微构造的影响
8.6.6 缺陷的影响
? 8.6.6 缺陷的影响
? 有节子的木材一旦受到外力作用，节子及节
子周围产生应力集中，与同一比重的无节木材相
比，表示出小的弹性模量。
?
8.7 木材的容许应力
木材各种强度值一般都是用无疵小试件在特定的条
件下按规定的试验标准测定的，与实际的使用情况有很
大差别。因此在实际应用中要考虑各种因素的影响。
木材容许应力 是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。对标准试验方法所测得的
强度值进行适当折扣，折扣率称为折扣系数，折扣系数
之倒数称为安全系数。
各项因素对木材强度的影响系数
受力性质 K1 K2 K3 K4 K5 K6
抗 弯 0.67 0.52 0.80 — 1.20 1.10
顺纹抗压 0.67 0.67 1.00 — 1.20 1.10
顺纹抗拉 0.67 0.38 0.85 0.90 1.20 1.10
顺纹抗剪 0.67 0.80 0.75 — 1.20 1.10
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，其计算公式为：
在我国木结构的安全系数一般为 3.5～ 6.0，比金属等其
它材料要高。
本
章
结
束
主要介绍,
木材力学性质的基本概念、木材的应力 — 应变关系
木材的正交异向弹性、木材的黏弹性、木材的塑性
木材的强度与破坏、单轴应力下木材的变形与破坏特点
基本的木材力学性能指标
影响木材力学性质的主要因素等
目 录
8.1 应力与应变
8.3 木材的粘弹性
8.4 木材的强度、韧性与破坏
8.5 木材主要力学性能指标
8.6 影响木材力学性质的主要因素
8.7 木材的容许应力
8.2 弹性与木材的正交异向弹性
8.1.1 应力与应变的概念
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。
顺纹理加压与顺纹理剪切
压缩应力和拉伸应力,把短柱材受压或受拉状态下产生
的正应力。
剪应力,当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，而使物体产生平行于应力作用面方
向被剪切的应力。
8.1.2 应力与应变的关系
8.1.2.1 应力 — 应变曲线
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。
a b
应力 -应变曲线（模式图）
8.1.2.2 比例极限与永久变形
比例极限应力：直线部分的上端点 P对应的应力。
比例极限应变：直线部分的上端点 P对应的应变。
。
塑性应变（永久应变）：应力超过弹性限度，这时如果除去应力，应变不
会完全回复，其中一部分会永久残留。
a b
应力 -应变曲线（模式图）
8.1.2.3 破坏应力与破坏应变
破坏应力、极限强度：应力在 M点达到最大值，物体
产生破坏 (σM)。
破坏应变,M点对应的应变 (εM ) 。
a b
应力 -应变曲线（模式图）
8.1.2.4 屈服应力
当应力值超过弹性限度值并保持基本上一定，
而应变急剧增大，这种现象叫屈服，而应变突然转
为急剧增大的转变点处的应力叫屈服应力 (σY)。
8.1.2.5 木材应力与应变的关系
木材的应力与应变的关系属于既有弹性又有塑
性的材料 —— 黏弹性材料。在较小应力和较短时间
的条件下，木材的性能十分接近于弹性材料；反之，
则近似于黏弹性材料 。
8.2 弹性与木材的正交异向弹性
8.2.1 弹性与弹性常数
8.2.1.1 弹性
弹性,应力解除后即产生应变完全回复的性质。
8.2.1.2 弹性常数
（ 1） 弹性模量和柔量
弹性模量（ E ）, 物体产生单位应变所需要的应力，它表征材料
抵抗变形能力的大小,E=应力 /应变
物体的弹性模量值愈大，在外力作用下愈不易变形，材料的
强度也愈大。
柔量,弹性模量的倒数，表征材料在荷载状态下产生变形的难易
程度。
（ 2） 剪切弹性模量
剪切应力 τ 与剪切应变 γ 之间符合：
τ =Gγ 或 γ =τ /G
G 为剪切弹性模量，或刚性模量。
（ 3） 泊松比
物体的弹性应变在产生应力主轴方向收缩（拉伸）的同时还
伴随有垂直于主轴方向的横向应变，将横向应变与轴向应变之比
称为泊松比（ ? ）。
分子表示横向应变，分母表示轴向应变。
（ 4） 弹性常数
弹性模量 E、剪切弹性模量 G、泊松比通常统称为弹性常数。
?
?? '??
8.2.2 木材的正交对称性与正交异向弹性
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 。
木材正交对称性
方程中有 3个弹性模量,3个剪切弹性模量和 3个
泊松比。不同树种间的这 9个常数值是存在差异。
木材是高度各向异性材
料，木材三个主方向的
弹性模量即 EL>>ER >ET。
材料
密度
g/cm3
含水
率
%
EL
MPa
ER
MPa
ET
MPa
GLT
MPa
GLR
MPa
GTR
MPa μRT μLR μLT
针叶树
材
云杉 0.390 12 11583 896 496 690 758 39 0.43 0.37 0.47
松木 0.550 10 16272 1103 573 676 1172 66 0.68 0.42 0.51
花旗
松 0.590 9 16400 1300 900 910 1180 79 0.63 0.43 0.37
阔叶树
材
轻木 0.200 9 6274 296 103 200 310 33 0.66 0.23 0.49
核桃
木 0.590 11 11239 1172 621 690 896 228 0.72 0.49 0.63
白蜡
木 0.670 9 15790 1516 827 896 1310 269 0.71 0.46 0.51
山毛榉 0.750 11 13700 2240 1140 1060 1610 460 0.75 0.45 0.51
几种木材的弹性常数
8.3 木材的粘弹性
流变学,讨论材料荷载后的弹性和黏性的科学。 (讨论材料荷载后应
力 ---应变之间关系 随时间变化 的规律 )
蠕变和松弛 是黏弹性的主要内容。木材的黏弹性同样依赖于温度、负
荷时间、加荷速率和应变幅值等条件，其中温度和时间的影响尤为
明显。
8.3.1 木材的蠕变
8.3.1.1 蠕变
蠕变,在恒定应力下，木材应变随时间的延长而逐渐增大的现象。
瞬时弹性变形,与加荷速度相适应的变形，它服从于虎克定律；
黏弹性变形,加荷过程终止，木材立即产生随时间递减的弹性变形；
塑性变形,最后残留的永久变形。
差异：
黏弹性变形 是纤维素分子链的卷曲或伸展造成的，变形是可逆的，
但较弹性变形它具有时间滞后性。
塑性变形 是纤维素分子链因荷载而彼此滑动，变形是不可逆转的。
8.3.1.2 蠕变曲线
OA-----加载后的瞬间弹性变形
AB-----蠕变过程, （ t0→t 1） t↗ →ε ↗
BC1 ----卸载后的瞬间弹性回复, BC1==OA
C1D----蠕变回复过程,t↗ →ε 缓慢回复
故蠕变 AB包括两个组分：
弹性的组分 C1C2—— 初次蠕变 （ 弹性后效变形 ）
剩余永久变形 C2C3=DE—— 二次蠕变（塑性变形）
木材蠕变曲线变化表现的正是木材的黏弹性质。
木材的蠕变曲线
8.3.1.3 蠕变规律
（ 1）对木材施载产生瞬时变形后，变形有一随时间推移而
增大的蠕变过程；
（ 2）卸载后有一瞬时弹性恢复变形，在数值上等于施载时
的瞬时变形；
（ 3）卸载后有一随时间推移而变形减小的蠕变恢复，在此
过程中的是可恢复蠕变部分；
（ 4）在完成上述蠕变恢复后，变形不再回复，而残留的变
形为永久变形，即蠕变的不可恢复部分；
（ 5）蠕变变形值等于可恢复蠕变变形值和不可恢复蠕变变
形值之和。
8.3.1.4 单向应力循环加载时的蠕变特点
以一个方向的应力循环作用于木材，每个应力加载 — 卸载
周期都会残留一个变形，在热力学上，曲线所包围的面积相当
于各周期中能量的消耗。
能量的损耗随着每个周期增大，意味着在变形中做了更多
的功，同时造成材料蠕变的不可恢复部分越来越大。
反复加载 -卸载的应力 -应变周期图
8.3.1.5 蠕变的消除
对木材施加一荷载，荷载初期产生应力 — 应变曲线 OA′, 卸
载产生曲线 A ′ B ′, 残留了永久变形 OB ′ 。 为了使永久变形
消失而重新获得物体的原来形状，必须施加与产生曲线应力符号
相反的应力 OC ′, 而形成这段曲线 B′ C ′ ；
当 OC ′ 继续增大到等于 A ′ P
′, B ′ C ′ 将延至 C ′ D ′ ；卸去
这个符号相反的应力，产生应力 —
应变曲线 D ′ E ′,也不能恢复到
原形，残留负向的永久变形 E ′ O
′ 。再次通过反向应力 OF ′, 材
料才能恢复原形。如果再继续增大
应力，则产生曲线 F ′ A ′, 与原
曲线构成一个环状闭合。 A ′ B ′
D ′ F ′ 封闭曲线所包围的面积相
当于整个周期中的能量损耗。
多向应力作用下蠕变的消除
8.3.2 木材的松弛
8.3.2.1 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。
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；而在松弛中，应变是常数，应力是随时间
变化的可变量。
8.3.2.2 松弛曲线
松弛曲线,应力 — 时间曲线
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。 黏弹性材料的松弛曲线 (应变的速度为常数 )
8.3.3 木材的塑性
设计木材作为承重构件,应力或荷载重应控制在弹性极限
或蠕变极限范围之内。
8.3.3.1 塑性与塑性变形
塑性变形,当施加于木材的应力超过木材的弹性限度时，去除
外力后，木材仍会残留一个当前不能恢复的变形，将这个变
形称为塑性变形。
塑性,木材所表现出的这一性质称为塑性。
木材的塑性是由于在应力作用下,高分子结构的变形及
相互间相对移动 的结果。木材属于塑性较小的材料。
8.3.3.2 木材塑性的影响因素
影响木材塑性的重要因素有木材的 多孔性、木材的含水率和
温度，其中含水率和温度 的影响十分显著。
含水率,随 W 而增大。
温 度,随 T 而加大，这种性质往往被称为热塑性。
8.3.3.3 木材塑性的应用
干燥时，木材由于不规则干缩所产生的内应力
会破坏其组织的内聚力，而塑性的产生可以抵消一
部分木材的内应力。
8.4 木材的强度、韧性与破坏
8.4.1 木材的强度
强度是指材料抵抗其受施应力而不致破坏的能力，表
示单位截面积上材料的最大承载能力。
木材是各向异性的高分子材料，根据所施加应力的方
式和方向的不同，木材具有顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度、
横纹抗压强度、抗弯强度等多项力学强度指标参数。
8.4.2 木材的韧性
韧性 是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。
韧性材料往往是强度大的材料，但也有不符
合这个关系的 。
8.4.3 木材的破坏
8.4.3.1 破坏
木材结构破坏是指其组织结构在外力或外部
环境作用下发生断裂、扭曲、错位，而使木材宏
观整体完全丧失或部分丧失原有物理力学性能的
现象。
8.4.3.2 木材破坏的原因
纤维素赋予木材弹性和强度；
木质素赋予木材硬度和刚性；
半纤维素起填充作用，它赋予木材剪切强度。
从细胞壁结构和细胞壁结构物质的性质来看，
木材发生破坏的原因是微纤丝和纤维素骨架的填充
物的撕裂，或纤维素骨架的填充物的剪切，或纤维
被压溃所引起。任何条件对木材破坏的决定性作用
都取决于应力状态的类型 。
8.4.4 单轴应力下木材的变形与破坏特点
8.4.4.1 顺纹压缩
顺纹压缩破坏的宏观征状：最初现象是横跨侧面的细线条，
随着作用力加大，变形随之增加，材面上开始出现皱褶。
破坏形状和破坏部位常取决于木材含水率和硬度等因素。
湿材和软材 以端部压溃破坏最为常见，破坏出现在应力集中
的地方 。 干的木材 通常产生劈裂而破坏，这是由于纤维或木
射线的撕裂，而非木射线与邻接的构造分子之间的分离。
8.4.4.2 横纹压缩
木材横纹压缩是指作用力方向与木材纹理方向相垂直的压缩。
木材进行压缩时，应力 — 应变关系是一条非线性的曲线：
常规型 是散孔材横压时的特征，为不具平台的连续曲线。
三段型 是针叶树材和阔叶树材
环孔材 径向 受压时的特征曲线,
横纹压缩应力 —— 应变曲线
OA-早材的弹性曲线
AB-早材压损过程曲线
BC-晚材弹性曲线
而当弦向压缩时不出现 3段式曲线
8.4.4.3 顺纹拉伸
木材顺纹拉伸破坏主要是纵向撕裂和微纤丝之间的剪
切。 微纤丝纵向结合非常牢固，所以顺纹拉伸时的变形不
大，通常应变值小于 1%～ 3%，强度值却很高。即使在这
种情况下，微纤丝本身的拉伸强度也未能充分发挥，因为
木材的纤维会在微纤丝之间撕开。木材顺纹剪切强度特别
低，通常只有顺纹抗拉强度的 6%～ 10%。顺纹拉伸时，
微纤丝之间产生滑移使微纤丝撕裂破坏，其破坏断面通常
呈锯齿状、细裂片状或针状撕裂。其断面形状的不规则程
度，取决于木材顺拉强度和顺剪强度之比值。一般健全材
该比值较大，破坏常在强度较弱的部位剪切开，破坏断面
不平整，呈锯齿状木茬。
8.4.4.4 横纹拉伸
木材横纹拉伸分径向拉伸和弦向拉伸。
木材的横纹拉伸强度很低，只有顺纹拉伸强度的
1/35～ 1/65。由此可知，木材在径向和弦向拉伸时的强
度差，取决于木材密度及射线的数量与结构。
8.4.4.5 顺纹剪切
顺纹剪切、横纹剪切和切断。木材使用中最
常见的为顺纹剪切，又分为弦切面和径切面。
木材顺纹剪切的破坏特点是木材纤维在平行
于纹理的方向发生了相互滑移。弦切面的剪切破
坏（剪切面平行于生长轮）常出现于早材部分，
在早材和晚材交界处滑移，破坏表面较光滑。径
切面剪切破坏（剪切面垂直于年轮），其表面较
粗糙。
8.5 木材主要力学性能指标
根据 外力种类 划分有：压缩强度（包括顺
纹抗压强度，横纹抗压强度，局部抗压强度）、
拉伸强度（包括顺纹抗拉强度，横纹抗拉强
度）、抗弯强度、抗剪强度、扭曲强度、冲击
韧性、硬度、抗劈力等。
按 加载速度和作用方法 划分有：静态强度、
冲击强度、疲劳强度、蠕变强度。
8.5 木材主要力学性能指标
8.5.1 抗压强度
8.5.2 抗拉强度
8.5.3 抗弯强度与抗弯弹性模量
8.5.4 抗剪强度
8.5.5 冲击韧性
8.5.6 硬度与耐磨性
8.5.7 抗劈力
8.6 影响木材力学性质的主要因素
8.6.1 木材密度的影响
8.6.2 含水率的影响
8.6.3 温度的影响
8.6.4 长期荷载的影响
8.6.5 纹理方向及超微构造的影响
8.6.6 缺陷的影响
? 8.6.1 木材密度的影响
? 木材密度是决定木材强度和刚度的物质基础。
? 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。
8.6 影响木材力学性质的主要因素
8.6.1 木材密度的影响
8.6.2 含水率的影响
8.6.3 温度的影响
8.6.4 长期荷载的影响
8.6.5 纹理方向及超微构造的影响
8.6.6 缺陷的影响
8.6.2 含水率的影响
当含水率处在纤维
饱和点以下时，随着
含水率的下降，木材
力学强度急剧增加。
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
8.6 影响木材力学性质的主要因素
8.6.1 木材密度的影响
8.6.2 含水率的影响
8.6.3 温度的影响
8.6.4 长期荷载的影响
8.6.5 纹理方向及超微构造的影响
8.6.6 缺陷的影响
木材强度随温度升高而
较为均匀地下降。
湿材随温度升高而强度下降的
程度明显高于干材。
温度 -含水率对木材力学强度的影响
8.6 影响木材力学性质的主要因素
8.6.1 木材密度的影响
8.6.2 含水率的影响
8.6.3 温度的影响
8.6.4 长期荷载的影响
8.6.5 纹理方向及超微构造的影响
8.6.6 缺陷的影响
8.6.4 长期荷载的影响
木材的荷载持续时间会对木材强度有显著的影响。
受力性质 瞬时强度
当荷载为下列天数时，木材强度的百
分率 /%
/% 1 10 100 1000 10000
顺纹受压 100 78.5 72.5 66.7 60.2 54.2
静力弯曲 100 78.6 72.6 66.8 60.9 55.0
顺纹受剪 100 73.2 66.0 58.5 51.2 43.8
8.6.5 纹理方向及超微构造的影响
荷载作用线方向与纹理方向的关系是影响
木材强度的最显著因素之一。
拉伸强度和压缩强度均为顺纹方向最大，
横纹方向最小。
8.6 影响木材力学性质的主要因素
8.6.1 木材密度的影响
8.6.2 含水率的影响
8.6.3 温度的影响
8.6.4 长期荷载的影响
8.6.5 纹理方向及超微构造的影响
8.6.6 缺陷的影响
? 8.6.6 缺陷的影响
? 有节子的木材一旦受到外力作用，节子及节
子周围产生应力集中，与同一比重的无节木材相
比，表示出小的弹性模量。
?
8.7 木材的容许应力
木材各种强度值一般都是用无疵小试件在特定的条
件下按规定的试验标准测定的，与实际的使用情况有很
大差别。因此在实际应用中要考虑各种因素的影响。
木材容许应力 是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。对标准试验方法所测得的
强度值进行适当折扣，折扣率称为折扣系数，折扣系数
之倒数称为安全系数。
各项因素对木材强度的影响系数
受力性质 K1 K2 K3 K4 K5 K6
抗 弯 0.67 0.52 0.80 — 1.20 1.10
顺纹抗压 0.67 0.67 1.00 — 1.20 1.10
顺纹抗拉 0.67 0.38 0.85 0.90 1.20 1.10
顺纹抗剪 0.67 0.80 0.75 — 1.20 1.10
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，其计算公式为：
在我国木结构的安全系数一般为 3.5～ 6.0，比金属等其
它材料要高。
本
章
结
束
