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谈谈木杆的材料学和力学

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一楼



IP属地:江苏1楼2024-02-18 09:18回复
    这个木材裂开的方向,就是弦向。
    木材为何会裂。因为木材纤维吸水会膨胀拉长,干燥会缩水。而木材的弦向收缩和径向收缩总是不一样的,弦向大于径
    向。这收缩的差异性更造成开裂。
    而顺纹的收缩最小,没见几米长的杆子干后收缩几毫米的,但十厘米宽的板子,可以在宽度上收缩4,5毫米。
    不同的木材收缩率不一样。制作地板的比较提这一点,因为装上去后地板会出空隙了。
    所以小圆木不容易开裂,他是一层层环套起来,全是径向收缩。也可以泛泛理解为世界的圆的合理性。
    而不是一层层轮环套起来,开裂就是图上的样子。
    对于绝大部分阔叶树,弦向的强度总是最低的。有许多木材书籍和数据,因而(省略了许多数据),而列出最低的弦向
    强度。除了竹子(算草本),基本上包括了所有的木料杆材棍材。
    假设大料完美笔直。再做成小直径的,也因木材的横纹径向 强度一般比弦向
    强三分之一,
    降低了一个档次
    如果是小圆木,所有的对杆子的敲击都是径向。而大木车出的既便是天然完美直的,也多数由弦向强度承担。
    所以以小圆木做枪杆,是有一定优势的。一层层年轮的纤维,可以理解为一层层的管子套起来。
    而车出来的,即便所的纹路都是顺着杆子,也不是一层套管,而是一层层薄片。一般还会有年轮和纤维断了,损失的强
    度更多。
    当然,大木材生长年头多,木质更密,里边的硅质也多。各种书里的数年据也是年头几十年的大料,其实主要是做家具
    的那种,为做家具服务的。
    测木材力学数据,一般是将大木头切为32CMX2CMX2CMM的长条,对于抗压则是20mm~22mm的方块。
    木材,可以理解为天然的碳纤维。碳纤维,原先叫石墨烯。石墨高中都学过,他一层层的碳原子排列。层之间滑动。碳
    纤维的纤维做的长,所以单方面的力学比木材好的多,最主要就是顺纹抗拉,更加拉不断。
    但是还有抗弯,抗压。所以人工碳纤维也是90%的碳纤维,他在混合塑料树脂和纳米级二氧化硅。其实可以说仿效了天
    然木材也是这样做的。硬木中也有二氧化硅。另外,木材中的筛管导管,也降低了强度和冲击韧性。
    因为天然木的生长和纤维,不完全是顺直的,但又产生了一些混沌,弥补了短板。
    比如,树上有分枝和节的地方,此处的横纹强度就强了,这 处截面就抗弯些,抗断。但也降低了顺纹抗拉强度。因为
    纤维到这里不顺了。
    而人造碳纤维纤维长而顺嘛。
    木材的 冲击韧性,在强度中与顺纹抗拉强度最相关,这二个强度,又与纤维长度极度相关。
    但天然木材中,也不是纤维越长越强的。看一个论文,普通油茶的纤维比小果油茶纤维长,但其它方面的强度又没小果
    油茶的好。当然也可能是导管,放射线什么造成的。天然的总是不完美的,造化又用不完美来弥补到各个方面。正是因
    为油茶的纤维长,所以顺纹抗拉强度和冲击韧性好。但油茶的抗弯,横汶截面上的强度很一般。
    一般木材的顺纹抗拉强度是抗压强度的2~3倍。油茶的没给出,但顺纹抗拉强度不上这个倍数。
    在冲击韧性测试时,管材纤维 的抗拉,将管子护住了。为什么俗名那么叫牛筋木的,可以想向那个纤维的方向……拉
    住了,维持了这个管子。
    而竹子,也是顺纹抗拉强度远比抗压高很多,或者说竹子除了抗拉,其它方面比硬木差很多。
    所以积竹,外面的一层竹子,也是通过顺纹抗拉强度和形变耗能 增加了杆子的强度。
    外面缠麻刷漆,在强度意义上也是要捆起来,才能利用这个顺纹抗拉强度。
    另外,因为木材书籍都测式的是大料,而且长度是30CM,所以实际上木材上的节疤和枝节是破坏了顺纹抗拉强度的。
    也就是,没有完美的木材。高强度的还得看人工材料。就是碳纤维和金属
    当然,个人认为积竹,是因为3米,4米的木料太难找。而竹子很多。明朝一提起弓和长枪,就几千的竹子做。
    所以船发呆长认为的刚性套管来限制形变,那是不对的,当然你后来也意识到,刚性套管的端口处应力更大,枪杆子更
    易在端口断掉。
    至于木杆子缠麻丝什么的,那还不如天然树皮,我认为几乎没什么用。我个人臆断,现代,积竹没什么用。
    外国不太讲究枪杆材料,以至于锻刀大赛上长杆类(虽然狗哥等快握到矛头了,当双手大剑使)因为杆子断掉保送对手
    的很多。而明朝做家具的木头都没多少了,南榉北榆,也不如橡木山毛榉。但是他们就讲究一个杆子粗。
    在抗弯抗断方面,以应力(单位为Pa)计,强度与杆子厚度(直径)的平方成正比。
    按力或力矩算,则是杆子的立方了。但是杆子越长,力矩也越大,对杆子强度考验也大。


    IP属地:江苏2楼2024-02-18 10:49
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      积竹的主要问题是表面漆层的处理,不至于涩手或者出汗后更涩、更滑之类


      IP属地:北京3楼2024-02-22 13:26
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