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材料科学
题目

________木材是由木材细胞壁实质物质、水分及空气组成的多孔性材料,对应着木材的不同水分状态,木材密度可以分为生材密度、气干密度、绝干密度和基本密度。它们的定义如下:最常用:气干密度和基本密度。在运输和建筑上,一般采用生材密度。而在比较不同树种的材性时,则使用基本密度。木材吸湿性:木材的吸湿是指木材由空气中吸收水分或蒸发水分的性能。木材具有吸湿性的原因有二:(1)许多自由羟基(-OH),它们在一定温度和湿度条件具有很强的吸湿能力。(2)具高的空隙率和巨大的表面,胞壁微毛细管内水面上的饱和蒸汽分压小于木材周围空气中的饱和水蒸汽分压,所以木材有强烈的吸附性和毛细管凝结现象。木材的水分吸着(P空气﹥P木材)—木材吸着水分的过程是水分子以气态进入细胞壁,与细胞壁主成分上的吸着点(-OH)产生氢键结合的过程。吸收是一种表面现象,比如液态水进入木材的细胞腔,成为木材中的自由水的过程。木材的水分解吸(P空气﹤P木材)—木材中水分向空气中蒸发过程木材的体积的测定:(1)直接量测法(2)排水法(3)水银测容器法(4)快速测定法木材水分存在的类型:根据木材中水分存在的区域和状态,可分为自由水、结合水(吸着水)和化合水三类木材平衡含水率:由于木材具有吸、解湿特性,当外界的温湿度条件发生变化时,木材能相应地从外界吸收水分或向外界释放水分,从而与外界达到一个新的水分平衡体系。木材在平衡状态时的含水率称为该温湿度条件下的平衡含水率。吸着滞后现象:在相同的温湿度条件下,由吸着过程达到的木材平衡含水率总是低于由解吸过程达到的平衡含水率,这个现象称为吸着滞后现象吸着滞后现象产生原因(1)吸湿的木材必定是经过干燥,而在这一过程中,木材的微毛细管系统内的空隙已有一部分被透进来的空气所占锯,这就妨碍了木材对水分的吸收;(2)木材解吸干燥后,用以吸取水分的羟基借氢键直接相连,使大部分羟基相互饱和而减少了对水分的吸着(-OH数量↓);(3)木材的塑性。木材纤维饱和点的概念:把生材置在常温、相对湿度为100%的环境中,细胞腔中的自由水慢慢蒸发,当细胞腔中没有自由水,而细胞壁中结合水的量处于饱和状态,这时含水率称为纤维饱和点。(因树种、温度和测定方法不同而有差异)说明为什么木材纤维饱和点是材性的转折点①体积W﹥Wf: W↑↓→V恒定(最大)W﹤Wf: W↑↓→V↑↓成正比W→0时V→最小②强度W﹥Wf: W↑↓→σ恒定(最小)W﹤Wf: W↑↓→σ↓↑成反比W→0时σ→最大③导电性木材是绝缘体、水是导体W﹥Wf: W↑↓→P增加几十倍。W﹤Wf: W↑↓→P↑↓(成正比)0→Wf P增加几百万倍。________木材纵向、横向干缩湿胀差异的原因:是由木材的构造特点造成的,绝大多数细胞都是纵向排列;而细胞主要取决于次生壁中层(S2)微纤丝的排列方向。因此原因有二:(1)细胞壁微纤丝是由平行排列的大分子链所组成的,大分子链长度方向可移动的距离是大分子链横向之间的0.2%~0.05%,纤丝间距离的变化主要表现在横向。(2)S2微纤丝的排列与细胞主轴成10˚-30˚几乎相平行,干缩湿胀时表现在纵向的量:asinα;表现在横向的量:acosα。sinα﹤﹤cosα木材径向、弦向干缩湿胀差异的原因:(1)木射线对径向收缩的抑制(2)早晚材差异的影响(3)径向壁和弦向壁中的木质素含量差别的影响(4)径壁、弦壁纹孔数量的影响________________________________强度是抵抗外部机械力破坏的能力。硬度硬度是抵抗其它刚性物体压入的能力。刚性刚性是抵抗外部机械力造成尺寸和形状变化的能力。韧性韧性是木材吸收能量和抵抗反复冲击荷载;或抵抗超过比例极限的短期应力。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黏弹性木材具有弹性固体和黏性流体的特性,具有两者不同机制的形变,并体现弹性固体和流体的综合特性。木材的这种特性称为木材的黏弹性(流变学特性),它包括蠕变和松弛蠕变: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三段式应力-应变曲线适合于哪一类型的木材:针叶树材和阔叶树材环孔材径向受压时的特征曲线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-晚材弹性曲线弦向压缩时不出现3段式曲线木材物质力学性质的主要统计指标有5项——算术平均数、均方差、变异系数、均值误差和准确指数________影响木材力学性质的主要因素,如何影响木材密度的影响(密度增大,木材强度和刚性增高,木材的弹性模量呈线性增高,木材韧性也成比例地增长);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);温度的影响(木材强度随温度升高而较为均匀地下降。湿材强度随温度升高而下降的程度明显高于干材。);长期荷载的影响;纹理方向及超微构造的影响(荷载作用方向与纹理方向的关系是影响木材强度最显著因素之一,取决于两者的夹角和强度的类型。拉伸强度和压缩强度均为顺纹方向最大,横纹方向最小。荷载与纹理方向的夹角为0°强度最大,倾斜10°降低50%.细胞壁的次生壁S2微纤丝倾角对强度影响较大,α2↑↓→σ↓↑);木材缺陷的影响(1.节子2.斜纹理3.树干形状的缺陷4.裂纹5.应力木6.木材的变色与腐朽7.虫眼)________环境学特性:木材的视觉特性木材的触觉特性木材的湿度调节木材空间声学性质木材的生物体调节特性颜色的三属性即明度、色调和色饱和度来描述木材的材色针叶树材与阔叶树材的对比:针叶树材的材色偏重于明度较高的橙黄色和浅黄白色,而阔叶树材的材色测量值则分布在一个较宽的空间范围内调湿作用:大气环境的温度和绝对湿度随着季节的变化不断变化。冬季和夏季的一天内外界温度和相对湿度的变化:在用5mm厚的木质胶合板装饰的房间内(没有冷暖气),相对湿度的变化与外界的湿度变化相比,饰有木材的室内的相对湿度处于比较稳定的状态。相对湿度的对数与温度之间呈近似的线性关系,直线的斜率定义为B值。木材的湿度调节能力一般可以用B值来衡量。如果材料的吸放湿特性可以使相对湿度在任意温度下保持恒定值,那么log H(T)和T之间的关系曲线的斜率为0.即B值为0℃-1。相反,如果材料完全没有湿度调节功能,斜率(B值)达到最小值。该值约为-0.0245℃-1________________________木材缺陷凡呈现在木材上能降低其质量,影响其使用的各种缺点均定为木材缺陷。木材缺陷形成的原因:1.生理原因:树木生长过程产生的,此类缺陷只可控制不可完全避免。如节子2.病理原因:活立木或伐倒后受到生物因素如真菌虫害等危害形成的。变色、腐朽3.人为原因:由生产加工技术不良或经营管理不善造成的,可减轻或避免。加工缺陷缺陷类别(十类):节子、变色、腐朽、蛀孔、裂纹、树干形状缺陷、木材构造缺陷和损伤。此外,锯材还有木材加工缺陷和变形根据木材缺陷的形成过程,通常分为:生长缺陷—存在于活立木中的缺陷;生物危害缺陷—真菌虫害等危害形成的缺陷;加工缺陷—木材锯解和干燥过程形成的缺陷根据节子的质地及与周围木材的连生程度分:(1)活节:由树木的活枝条形成,活节与周围木材紧密相连,分布在树干上部,质地坚硬,构造正常。(2)死节:由树木的枯死枝条,木材组织与周围木材部分或全部分离,主要分布在树干的中下部。有的质地坚硬,有的腐朽松软。

________木材是由木材细胞壁实质物质、水分及空气组成的多孔性材料,对应着木材的不同水分状态,木材密度可以分为生材密度、气干密度、绝干密度和基本密度。它们的定义如下:最常用:气干密度和基本密度。在运输和建筑上,一般采用生材密度。而在比较不同树种的材性时,则使用基本密度。木材吸湿性:木材的吸湿是指木材由空气中吸收水分或蒸发水分的性能。木材具有吸湿性的原因有二:(1)许多自由羟基(-OH),它们在一定温度和湿度条件具有很强的吸湿能力。(2)具高的空隙率和巨大的表面,胞壁微毛细管内水面上的饱和蒸汽分压小于木材周围空气中的饱和水蒸汽分压,所以木材有强烈的吸附性和毛细管凝结现象。木材的水分吸着(P空气﹥P木材)—木材吸着水分的过程是水分子以气态进入细胞壁,与细胞壁主成分上的吸着点(-OH)产生氢键结合的过程。吸收是一种表面现象,比如液态水进入木材的细胞腔,成为木材中的自由水的过程。木材的水分解吸(P空气﹤P木材)—木材中水分向空气中蒸发过程木材的体积的测定:(1)直接量测法(2)排水法(3)水银测容器法(4)快速测定法木材水分存在的类型:根据木材中水分存在的区域和状态,可分为自由水、结合水(吸着水)和化合水三类木材平衡含水率:由于木材具有吸、解湿特性,当外界的温湿度条件发生变化时,木材能相应地从外界吸收水分或向外界释放水分,从而与外界达到一个新的水分平衡体系。木材在平衡状态时的含水率称为该温湿度条件下的平衡含水率。吸着滞后现象:在相同的温湿度条件下,由吸着过程达到的木材平衡含水率总是低于由解吸过程达到的平衡含水率,这个现象称为吸着滞后现象吸着滞后现象产生原因(1)吸湿的木材必定是经过干燥,而在这一过程中,木材的微毛细管系统内的空隙已有一部分被透进来的空气所占锯,这就妨碍了木材对水分的吸收;(2)木材解吸干燥后,用以吸取水分的羟基借氢键直接相连,使大部分羟基相互饱和而减少了对水分的吸着(-OH数量↓);(3)木材的塑性。木材纤维饱和点的概念:把生材置在常温、相对湿度为100%的环境中,细胞腔中的自由水慢慢蒸发,当细胞腔中没有自由水,而细胞壁中结合水的量处于饱和状态,这时含水率称为纤维饱和点。(因树种、温度和测定方法不同而有差异)说明为什么木材纤维饱和点是材性的转折点①体积W﹥Wf: W↑↓→V恒定(最大)W﹤Wf: W↑↓→V↑↓成正比W→0时V→最小②强度W﹥Wf: W↑↓→σ恒定(最小)W﹤Wf: W↑↓→σ↓↑成反比W→0时σ→最大③导电性木材是绝缘体、水是导体W﹥Wf: W↑↓→P增加几十倍。W﹤Wf: W↑↓→P↑↓(成正比)0→Wf P增加几百万倍。________木材纵向、横向干缩湿胀差异的原因:是由木材的构造特点造成的,绝大多数细胞都是纵向排列;而细胞主要取决于次生壁中层(S2)微纤丝的排列方向。因此原因有二:(1)细胞壁微纤丝是由平行排列的大分子链所组成的,大分子链长度方向可移动的距离是大分子链横向之间的
0.2%~0.05%,纤丝间距离的变化主要表现在横向。(2)S2微纤丝的排列与细胞主轴成10˚-30˚几乎相平行,干缩湿胀时表现在纵向的量:asinα;表现在横向的量:acosα。sinα﹤﹤cosα木材径向、弦向干缩湿胀差异的原因:(1)木射线对径向收缩的抑制(2)早晚材差异的影响(3)径向壁和弦向壁中的木质素含量差别的影响(4)径壁、弦壁纹孔数量的影响________________________________强度是抵抗外部机械力破坏的能力。硬度硬度是抵抗其它刚性物体压入的能力。刚性刚性是抵抗外部机械力造成尺寸和形状变化的能力。韧性韧性是木材吸收能量和抵抗反复冲击荷载;或抵抗超过比例极限的短期应力。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黏弹性木材具有弹性固体和黏性流体的特性,具有两者不同机制的形变,并体现弹性固体和流体的综合特性。木材的这种特性称为木材的黏弹性(流变学特性),它包括蠕变和松弛蠕变: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三段式应力-应变曲线适合于哪一类型的木材:针叶树材和阔叶树材环孔材径向受压时的特征曲线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-晚材弹性曲线弦向压缩时不出现3段式曲线木材物质力学性质的主要统计指标有5项——算术平均数、均方差、变异系数、均值误差和准确指数________影响木材力学性质的主要因素,如何影响木材密度的影响(密度增大,木材强度和刚性增高,木材的弹性模量呈线性增高,木材韧性也成比例地增长);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);温度的影响(木材强度随温度升高而较为均匀地下降。湿材强度随温度升高而下降的程度明显高于干材。);长期荷载的影响;纹理方向及超微构造的影响(荷载作用方向与纹理方向的关系是影响木材强度最显著因素之一,取决于两者的夹角和强度的类型。拉伸强度和压缩强度均为顺纹方向最大,横纹方向最小。荷载与纹理方向的夹角为0°强度最大,倾斜10°降低50%.细胞壁的次生壁S2微纤丝倾角对强度影响较大,α2↑↓→σ↓↑);木材缺陷的影响(1.节子2.斜纹理3.树干形状的缺陷4.裂纹5.应力木6.木材的变色与腐朽7.虫眼)________环境学特性:木材的视觉特性木材的触觉特性木材的湿度调节木材空间声学性质木材的生物体调节特性颜色的三属性即明度、色调和色饱和度来描述木材的材色针叶树材与阔叶树材的对比:针叶树材的材色偏重于明度较高的橙黄色和浅黄白色,而阔叶树材的材色测量值则分布在一个较宽的空间范围内调湿作用:大气环境的温度和绝对湿度随着季节的变化不断变化。冬季和夏季的一天内外界温度和相对湿度的变化:在用5mm厚的木质胶合板装饰的房间内(没有冷暖气),相对湿度的变化与外界的湿度变化相比,饰有木材的室内的相对湿度处于比较稳定的状态。相对湿度的对数与温度之间呈近似的线性关系,直线的斜率定义为B值。木材的湿度调节能力一般可以用B值来衡量。如果材料的吸放湿特性可以使相对湿度在任意温度下保持恒定值,那么log H(T)和T之间的关系曲线的斜率为
0.即B值为0℃-1。相反,如果材料完全没有湿度调节功能,斜率(B值)达到最小值。该值约为-0.0245℃-1________________________木材缺陷凡呈现在木材上能降低其质量,影响其使用的各种缺点均定为木材缺陷。木材缺陷形成的原因:
1.生理原因:树木生长过程产生的,此类缺陷只可控制不可完全避免。如节子
2.病理原因:活立木或伐倒后受到生物因素如真菌虫害等危害形成的。变色、腐朽
3.人为原因:由生产加工技术不良或经营管理不善造成的,可减轻或避免。加工缺陷缺陷类别(十类):节子、变色、腐朽、蛀孔、裂纹、树干形状缺陷、木材构造缺陷和损伤。此外,锯材还有木材加工缺陷和变形根据木材缺陷的形成过程,通常分为:生长缺陷—存在于活立木中的缺陷;生物危害缺陷—真菌虫害等危害形成的缺陷;加工缺陷—木材锯解和干燥过程形成的缺陷根据节子的质地及与周围木材的连生程度分:(1)活节:由树木的活枝条形成,活节与周围木材紧密相连,分布在树干上部,质地坚硬,构造正常。(2)死节:由树木的枯死枝条,木材组织与周围木材部分或全部分离,主要分布在树干的中下部。有的质地坚硬,有的腐朽松软。

题目解答

答案

一、概念题 二简答题: 木材力学性质( 2 题大题) 一概念题 二简答题: 环境学特性 缺陷和竹材( 1 题大题)

解析

本题主要是对木材相关知识的梳理,涵盖了木材的组成、密度类型、吸湿性、水分存在类型、平衡含水率、吸着滞后现象、纤维饱和点、干缩湿胀原因、力学性质(强度、硬度等概念及影响因素)、环境学特性(视觉、触觉、调湿等)以及木材缺陷等多方面内容,目的是考查对木材各性质及相关概念的理解和掌握。

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