如果我正在寻找一种弹性很小(或弹性很大)的木材,我应该在表格/图表/列表中寻找哪些木材指标来判断相对弹性?
Janka 硬度标度是否也是一个很好的柔韧性指标,还是抗凹痕性是一个独立的东西?
所谓灵活性,我的意思是,例如,给定厚度和晶粒取向的架子在承受负载时会弯曲多少。我并不真正关心最大负载或断裂点,只是一种在相同负载下比较相同厚度的木材类型的方法。
我只是不确定要寻找什么。大多数搜索灵活性都会产生硬度表,但我对材料科学的了解不够,无法知道这是否是我正在寻找的。
如果我正在寻找一种弹性很小(或弹性很大)的木材,我应该在表格/图表/列表中寻找哪些木材指标来判断相对弹性?
Janka 硬度标度是否也是一个很好的柔韧性指标,还是抗凹痕性是一个独立的东西?
所谓灵活性,我的意思是,例如,给定厚度和晶粒取向的架子在承受负载时会弯曲多少。我并不真正关心最大负载或断裂点,只是一种在相同负载下比较相同厚度的木材类型的方法。
我只是不确定要寻找什么。大多数搜索灵活性都会产生硬度表,但我对材料科学的了解不够,无法知道这是否是我正在寻找的。
让我们不要对什么是僵硬抱有误解。实际上,正如您在引文中提到的那样,弹性模量(杨氏模量)对刚度很重要。但是梁的刚度(弯曲的结构元件)也取决于惯性矩(面积的二阶矩),对于矩形横截面,惯性矩随厚度的三次方而变化。(如果厚度加倍,则刚度乘以 8。)参见这篇文章。
当然,厚板比薄板更硬。引用中使用“刚度”是一个错误。
你的问题的答案
我所说的灵活性是指例如给定厚度和晶粒取向的架子会弯曲多少
实际上是:弹性模量。
有关木材弯曲特性的更多信息,您可以查看这篇文章。它显示了木梁在负载下通常如何作用并最终断裂。
网上的进一步研究表明,随着水分含量的减少,MOE 会变大(湿梁比干梁下垂更多)。MOE 实际上可以在生木和干燥至 12% 水分含量的木材之间增加 50%。
MOE 也因物种而异,并且极大地影响梁或架子的偏转量。看到这个,西部红柏的 MOE 大约是红橡木的 2/3,而粗毛山核桃的 MOE 仅为 1/2。雪松制成的书架比橡木制成的相同尺寸的书架下垂 50% 以上。
然后是木材在很长一段时间内持续下垂而负载没有增加的问题。我们都看到书架即使在所有书籍都被移走并且书架上没有负载的情况下仍会继续下垂。即使搁板的负载未超过其弹性极限,也会发生这种情况。木材的行为与金属不同,而金属的行为也不同。
找到了。度量标准是“弹性模量”(下面引用的文章错误地将其等同于“刚度”——是的,笑吧),单位是 Mpsi。它与弯曲强度分开。它也与硬度无关。它测量将样品偏转指定距离所需的力,因此数字越大越硬。
资料来源:http ://workshopcompanion.com/KnowHow/Design/Nature_of_Wood/3_Wood_Strength/3_Wood_Strength.htm
如果我正在寻找一种弹性很小(或弹性很大)的木材,我应该在表格/图表/列表中寻找哪些木材指标来判断相对弹性?
一些背景:我是一名专业的结构工程师,在大学上过结构木设计课程,并以结构木设计为主题撰写了我的研究生论文。
正如@ASTPace 所说,结构构件的刚度取决于其弹性模量(杨氏模量)和惯性矩(第二面积矩)。我不知道你的工程知识水平,所以我将在下面解释一下。
弹性模量
这是在施加应力的情况下测量材料对应变的抵抗力。应变是成比例的位移。例如,如果构件在负载下拉伸到其原始长度的 110%,则其应变为 0.10。大多数结构材料在失效前表现出的应变比这要小得多,因此这只是一个数值示例来说明。
弹性模量E通常是通过在设备中拉伸试片并绘制试片的位移与施加载荷的关系图来找到的。例如,下图显示了低碳钢的应力-应变曲线。初始线性段用于确定弹性模量,因为这是试样的弹性变形。弹性模量只是初始段的斜率。材料越硬,线越陡。
(来源)
转动惯量
这是结构形状横截面的属性,与材料无关(假设材料基本上是各向同性的,或者已针对各向异性进行了适当的修正)。
对于简单的矩形截面,惯性矩I为bt 3 /12,其中b是宽度,t是厚度。如您所见,厚度变化对惯性矩的影响比宽度变化大得多,因为变化是立方的。例如,厚度增加一倍会使惯性矩增加八倍。
木材设计的注意事项
实际上,材料的刚度是通过E和I的乘积来衡量的。考虑下图,取自 AISC钢结构手册,第 7 版。delta (挠度)方程是 1/ EI的函数。随着刚度的增加(EI的乘积变大),挠度减小。
如果你真的想比较两个树林,你必须隔离其中一个变量。例如,要确定哪种木材更硬,您需要测试两个相同横截面的样品。较硬的将是偏转较少的。
反之亦然。如果您的木材具有较低的弹性模量,您可以通过改变其惯性矩来创建具有等效刚度的构件。例如,如果木头 #1 的E是木头 #2 的一半,则木头 #1 的I必须是木头 #2 的两倍才能具有相同的刚度(因此每个木头的EI乘积相同)。