8.3 木材的黏弹性
(1) 木材的蠕变 ① 蠕变
恒定应力下，木材 应变随时间延长而逐渐 增大的现象。
应变
蠕变 B
A O t0
P
C1
蠕变恢复 （弹性后效变型）
C2
D
C3
E
t1
t2
时间
木材的蠕变曲线
8.3 木材的黏弹性
(1) 木材的蠕变
② 蠕变曲线 ➢ 瞬间弹性变形：OA ➢ 蠕变过程：AB ➢ 瞬间弹性恢复：BC1=OA ➢ 蠕变恢复：C1D ➢ 弹性后效变形：C1C2 ➢ 塑性变形：C2C3=DE
A
A′
F′ E′O B′ P′
C′
D′ D 多向应力作用下蠕变的消除
8.3 木材的黏弹性
⑤ 蠕变的消除
➢为使永久变形消失，重新 获得物体的原来形状，施加 与产生曲线应力符号相反应 力OC′，形成曲线B′C′。
A
A′
F′ E′O B′ P′
C′
D′ D 多向应力作用下蠕变的消除
8.3 木材的黏弹性
应变
蠕变 B
A O t0
P
C1
蠕变恢复 （弹性后效变型）
C2
D
C3
E
t1
t2
时间
木材的蠕变曲线
8.3 木材的黏弹性
③ 木材蠕变规律
➢对木材施载产生瞬时变形（OA）后，变形有一随 时间推移而增大的蠕变过程（AB）；
➢卸载后有一瞬时弹性恢复变形（BC1），在数值 上等于施载时的瞬时变形（ BC1 = OA）；
教学内容
8.1 应力与应变 8.2 木材的弹性 8.3 木材的黏弹性 8.4 木材力学性质的特点 8.5 木材的强度、韧性与破坏 8.6 木材主要力学性能指标 8.7 影响木材力学性质的主要因素 8.8 木材的容许应力
8.3 木材的黏弹性
（1）木材的蠕变 （2）木材的松弛 （3）木材的塑性
8.3 木材的黏弹性
➢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；
➢当木材由于静荷载产生变形，如果变形速率逐渐 增加，木结构的设计不安全，会导致破坏；
8.3 木材的黏弹性
⑥ 建筑木构件的蠕变问题
➢木横梁承受的荷载低于弹性极限，且短期受载即 卸载，它将恢复原有的极限强度和弹性；
➢含水率会增加木材的塑性和变形。木材受一定荷 载产生的变形是可以累积的；
⑤ 蠕变的消除
➢当OC′继续增大到等于
A
A′
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′
F′ E′O B′ p′
C′
，也不能恢复到原形，残 D′ D 留负向的永久变形E′O。
多向应力作用下蠕变的消除
8.3 木材的黏弹性
⑤ 蠕变的消除
➢再次通过反向应力OF ′，
o
B＇
B"
应力-应变周期图
应变ε
8.3 木材的黏弹性
④ 单向应力循环加载时的蠕变特点
➢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。载-卸载的
o
B＇
B"
应力-应变周期图
应变ε
8.3 木材的黏弹性
⑤ 蠕变的消除
➢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′ 。
A
A′
材料才能恢复原形。再继续 增大应力，产生F′A′， 与原曲线构成一个环状闭合。
F′ E′O B′ P′
➢ A′B′D′F′封闭曲线所
C′
包围的面积相当于整个周期
中的能量损耗。
D′ D
多向应力作用下蠕变的消除
8.3 木材的黏弹性
⑥ 建筑木构件的蠕变问题
➢针叶树材在含水率不变的条件下，静荷载小于木 材比例极限强度的75%时，认为是安全的。
➢卸载后有一随时间推移而变形减小的蠕变恢复 （C1C2），在此过程中的是可恢复蠕变部分；
8.3 木材的黏弹性
③ 木材蠕变规律
➢在完成上述蠕变恢复后， 变形不再回复，而残留变形 为永久变形（C2C3），是蠕 变的不可恢复部分；
➢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。
（AB = C1C2 + C2C3 ）
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，也称弹性后效变形。 塑性变形:最后残留的永久变形。
8.3 木材的黏弹性
基本概念 黏弹性变形与塑性变形的差异 ➢ 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， 变形是不可逆的。
应变
蠕变 B
A O t0
P
C1
蠕变恢复 （弹性后效变型）
C2
D
C3
E
t1
t2
时间
木材的蠕变曲线
8.3 木材的黏弹性
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。
A＇ A"
应力σ
反复加载-卸载的
➢温度对蠕变有显著的影响。温度越高，木材纤维 素分子链运动加剧，变形增大。夏季木梁变形大。
8.3 木材的黏弹性
(2) 木材的松弛 松弛
恒定应变条件下，应力随时间延长而逐渐减少 的现象。 松弛与蠕变的区别 ➢ 蠕变中应力是常数，应变是随时间延长逐渐增长 ➢ 松弛中应变是常数，应力是随时间延长逐渐减少 木材具有这两种现象（具有弹性又具有塑性的黏 弹性材料）
木材是生物高分子材料，具有弹性固体和黏 性流体的特性。同时具有弹性和黏性两种不同机 理的变形。 ➢木材体现着弹性固体和流体的综合特性，这种特 性称为木材的黏弹性。 ➢ 蠕变和松弛是黏弹性的主要内容（温度和时间）。
8.3 木材的黏弹性
基本概念 木材的黏弹性形变类型 瞬时弹性变形:与加荷速度相适应的变形，服从
基本概念
流变学 讨论材料荷载后的弹性和黏性的科学。
弹性固体与黏性流体的变形特征 ➢ 弹性固体：具有确定的形状，变形只与外力有关，
与时间无关。卸除外力后变形消失，恢复原形。 ➢ 黏性流体：无确定的形状，取决于容器。变形除与
外力有关还与时间有关，产生不可逆的流动变形。
8.3 木材的黏弹性
基本概念 木材的黏弹性
8.3 木材的黏弹性
松弛曲线
➢ 松弛应力-时间曲线 σt = σ1 （1 - m logt）
式中：m为松弛系数 松弛系数随树种和应力种
类变化，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。
应力
t0
时间
黏弹性材料的松弛曲线 (应变为常数)
8.3 木材的黏弹性
(3) 木材的塑性
① 塑性与塑性变形 当施加于木材的应力超过木材弹性限度时，去