林业科学

作者：高珊1,王晴1,卢莉莉1,沈杰2,李坚3,*

单位：1. 东北林业大学土木与交通学院　哈尔滨 1500402. 东北林业大学机电工程学院　哈尔滨 1500403. 东北林业大学新型木质材料教育部工程研究中心　哈尔滨 150040

关键词：冲击韧性,脆性破坏,脆向转变,零下低温,转变温度,大青杨,落叶松

基金：国家自然科学基金项目（32471790，32071685）。

目的: 探究零下低温对不同湿度木材冲击韧性的影响，确定木材由韧性断裂向脆性断裂转变的临界温湿度条件，构建冲击韧性与脆性值的关系模型，阐明冷冻木材冲击脆断发生规律，为湿冷环境下木材在工程应用中的力学稳定控制及失效风险防范提供理论依据。方法: 对不同湿度（绝干材、纤维饱和点材、饱水材）的大青杨和落叶松木材试件（300 mm×20 mm×20 mm）在连续温度范围（20~–196 ℃）内进行冲击试验和抗弯试验，获得木材动载冲击韧性和静载脆性值，应用统计分析方法建立木材冲击韧性与脆性值之间的数学关系模型。结果: 1） 当温度由20 ℃降至–196 ℃时，大青杨和落叶松木材的断面形貌（断貌）由韧性破坏特征转向明显的脆性破坏特征；木材水分越高，脆性破坏的形貌特征越明显。2） 静载试验中，随着温度降低，含水大青杨和落叶松木材在4个关键温度点（20、0、–40和–196 ℃）荷载-位移曲线的塑性变形阶段逐渐消失，出现由韧性断裂向脆性断裂转变的现象；绝干材脆性断裂的时间提前。3） 随着温度降低，木材的冲击韧性逐渐减小，脆性值逐渐增加。相较20 ℃时，含水率越高的木材在零下低温的冲击韧性降低幅度越大，脆性值升高幅度越大，温度降至–196 ℃时大青杨和落叶松饱水材的冲击韧性下降幅度分别达69.7%和62.5%，而脆性值分别从7.4%和14.2%升至72.2%和78.0%。4） 3个湿度水平大青杨和落叶松木材的冲击韧性和脆性值随温度降低呈线性变化趋势，且均在–40~–60 ℃出现拐点。木材的冲击韧性与脆性值之间呈幂函数关系、与脆性值对数呈线性关系，并具有含水率差异性；二者之间的数学模型拟合优度最好达0.96。结论: 随着零下温度降低，木材在经受冲击时，抵抗韧性断裂能力减弱，脆性断裂风险增加；含水率越大，发生脆性断裂机率越大；–40～–60 ℃是木材发生韧脆转变的临界温域；通过零下低温的木材静载脆性可有效预测动载韧性。

来源：2025年第7期

《林业科学》期刊编辑部

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