板式T型构件圆棒榫连接节点稳健优化设计北大核心

为减少家具的质量波动并延长其使用寿命,将稳健设计思想引入板式家具的结构设计中,对以多层板为基材的板式家具T型构件,进行稳健优化设计。试验选取板式家具中最常见的连接件——圆棒榫为优化对象,通过田口法,研究圆棒榫的直径、长度、材料三个因素对18 mm厚多层板T型构件抗弯性能的影响。将抗弯极限承载力设为目标质量特性,信噪比(S/N)作为衡量产品质量稳定性的指标。结果表明:以多层板为基材的T型构件抗弯强度随圆棒榫直径和长度的增加而增强;三种材料中,荷木圆棒榫表现出最好的性能;圆棒榫直径对构件的抗弯性能影响最大。优化后,长为50 mm且直径为10 mm的荷木圆棒榫为最稳健设计方案。三种设计因素中,优化后板式T型构件的抗弯极限承载力增强21.07%,信噪比提高4.42%。试验表明:基于稳健设计原则的田口法可有效增强板式家具T型结构节点的质量稳定性,进而实现板式家具结构质量稳定性的提升,延长家具的使用寿命。     

速生松木家具几种节点接合方式的强度比较研究

以南方速生脱脂马尾松松木为基材,以"L"型和"T"型构件为基本构件形式,采用力学实验方法 ,对理想使用状态——即在外力垂直荷载匀速加载的作用下使构件节点发生破坏或变形,测试构件节点破坏强度值及其破坏或变形形式。实验针对8种不同框架节点接合方式(贯通直角单榫接合、不贯通直角暗榫接合、双圆榫接合、倒刺螺母连接件接合、双圆榫与倒刺螺母共同接合、三件式偏心连接件接合,以及45°双圆榫斜角接合和45°不贯通榫斜角接合)的接合强度进行测定。实验结果表明:(1)对于直角连接构件,采用贯通直角单榫接合时的节点接合强度最大;双圆榫与倒刺螺母共同连接的节点接合强度次之;然后强度值从高到低依次为双圆榫接合、倒刺螺母螺杆连接件接合、不贯通直角单榫接合,接合强度最小的是偏心连接件接合;(2)对于45°斜角连接构件,采用45°不贯通榫斜角接合的节点强度大于45°双圆榫斜角接合的节点强度;(3)在相同条件下,"T"型实木构件的节点接合强度总体上大于"L"型实木构件的节点接合强度。研究表明:节点处的基本构件形式("L"型或"T"型)、角部构件的连接形式(直角构件或斜角构件),以及节点的接合方式等都不同程度地影响着马尾松松木家具框架节点的接合强度。     

基于响应面法与MOGA算法的竹集成材榫接合椅子节点力学分析及优化

竹集成材是符合“双碳”目标的可持续发展绿色材料,具有“以竹代木”的巨大潜力。本研究借助竹集成材优良材料性能,基于榫卯结构特性,以竹集成材榫接合椅子为例,运用有限元法(FEM)进行椅子静载荷及耐久性分析,探究竹集成材榫接合椅子及榫接合节点力学特性,搭建响应面模型求解竹集成材T型椭圆榫接合节点榫卯尺寸与其最大等效应力、总形变和最小安全系数的关系,并运用MOGA多目标遗传算法以形变最小化、安全系数最大化为优化目标,进行榫卯尺寸优化。结果表明：竹集成材榫接合椅子静载荷分析所得椅子最大等效应力为6.818 MPa,位于座面大边与椅后腿榫接合节点;最大等效应变值为4.245×10^-3,位于椅子扶手与椅后腿榫接合节点;椅子发生的最大形变为4.433 mm,分布在椅子靠背位置。椅子耐久性分析所得最大等效应力及最大等效应变均位于椅子扶手与椅后腿榫接合节点,分别为4.999 MPa和3.113×10^-3;椅子整体发生的最大形变为3.251 mm,位于椅子靠背上端。由竹集成材T型榫接合节点响应面分析可知,椭圆榫接合节点的最大等效应力及最大形变随着榫头厚度a及榫头长...     

梓木构件双圆榫接合性能优化研究

以梓木为基材,采用双圆榫接合形式,考察圆榫直径、配合量、圆榫插入深度对构件接合性能的影响。采用响应面法(RSM)建立二次回归模型,并对接合参数进行优化。结果表明:在圆榫直径为8mm、配合量为0.4mm、圆榫插入深度为20mm时,能够获得最优化接合效果,其极限破坏载荷值达1276.31N。     

马尾松床腿连接件接合方式比较

床腿与床侧是床类家具中最容易破坏的部位,为了提高速生马尾松床类家具的结构强度,笔者通过力学试验方法,研究5种不同连接件接合方式对马尾松床腿结构的影响。结果在同等条件下,床腿结构接合性能强度由大到小依次为:四合一连接件接合(半月牙)>预埋螺母螺栓与圆棒榫接合>包角式预埋螺母螺栓连接件接合>床铰链接合>四合一连接件接合(锤仔)。在此基础上,从装配角度考虑对五金连接件进行优化。优化后的接合方式的强度均大于其他连接件接合。     

桉木单板层积材家具角部“L型构件”接合强度研究

以速生桉木单板层积材为基材,榫接合连接、螺钉连接的L型构件为研究对象,通过对桉木层积材家具接合构件进行抗拉和抗弯力学性能试验,观察、分析8种不同榫接合方式对"L型构件"接合强度的影响。研究结果表明,榫接合强度与接合面积有关,接合面积大则接合强度高;桉木单板层积材本身强度对榫接合无影响;采用偏心连接件、倒刺螺母螺杆连接件的接合强度较低,接合部位不够牢固,在家具的使用过程中容易产生松动。     

梓木家具圆榫接合抗拉强度影响因素试验研究

以湖南所产的梓木和氯丁乙烯橡胶乳胶液加工而成的圆榫接合节点为试验基材,通过节点抗拉试验研究木圆榫直径、木圆榫插入深度、木圆榫与榫孔的配合参数、两圆榫中心距对梓木家具木圆榫接合强度的影响。结果表明:木圆榫直径、木圆榫插入深度、和木圆榫与榫孔配合参数、两圆榫中心距4个因子对木圆榫接合强度均影响显著;综合考虑得出当梓木家具木圆榫接合采用木圆榫直径10mm,木圆榫插入深度为20mm,木圆榫与榫孔的配合的过盈量为0.2mm、两圆榫中心距为32mm时,节点接合强度最高。     

辐射松处理材制备实木家具节点性能研究

为探讨改性辐射松应用于实木家具几种连接方式节点的接合强度,以辐射松树脂材与真空热处理树脂材为基材,采用力学试验方法测定"T"型与"L"型构件节点的破坏弯矩并分析其破坏特征。结果表明:相同条件下,树脂材节点接合强度大于热处理树脂材,贯通直角单榫双圆棒榫普通三合一连接件,"T"型构件节点接合强度大于"L"型构件,改性辐射松节点接合强度在一定条件下接近优质木材的节点接合强度。改性辐射松木材可满足实木家具对节点接合强度的要求,具备制造中高档松木家具的可行性。     

板式家具搁板接合方式对其变形的影响分析

分析了接合方式对板式家具搁板变形的影响,根据目前板式家具主要采用的搁板接合方式,选择了圆棒、金属销和偏心连接件等作为支撑与连接构件进行相应分析,从结构的刚性与搁板的承载能力方面来看,应优先选用可垂直拆装的偏心连接件.     

家具构件旋转摩擦焊接接合性能研究

圆棒榫旋转摩擦焊接技术具有加工速度快,胶合强度高,且无需任何石化类胶黏剂的优势。以南方松为基材,以双圆榫旋转摩擦焊接和白乳胶胶合的"T"型、"L"型实木构件为研究对象,通过力学强度测试对比两种不同节点接合方式的接合强度以及不同插人深度对圆榫旋转摩擦焊接强度的影响。结果表明,圆棒榫旋转摩擦焊接技术是一种颇具潜力的家具构件连接方式。     

木框斜角榫接合性能研究

在木家具结构设计中,特别是具有中国传统家具风格的实木家具结构设计中,木框角部斜角榫接合强度是人们既关注又无法回避的问题。抗拉强度和抗弯强度是衡量木框斜角榫接合性能高低的两个重要指标。笔者对三种常用的、易于机械加工的斜角榫接合试件的强度(抗拉强度,抗弯强度)进行了实验测定,并从各个方面对其进行比较、分析。研究结果表明:斜角榫接合形式,胶黏剂种类,加压时间等各个因子都不同程度地影响着木框角部接合的整体结构性能。单肩斜角明榫接合效果最好。     

板式家具熔化喷射式角接合强度的研究

通过试验对柜类家具熔化喷射式角接合与常规圆榫接合的强度进行了比较分析，并用有限元法对各种角接合的柜体在受载时的变形进行了预测。     

黄荆木重组材家具结点性能分析

对黄荆木重组材家具结点强度进行测试,选用T型、L型结构,对L型结构进行抗弯强度测试,对T型结构进行抗弯、抗拔强度测试,分析试验结果以及试件在试验中、试验后的情况,探讨自攻螺钉接合、双圆榫接合、三合一连接件接合三种连接方式对黄荆木重组材家具结构的适用性。通过对三种连接方式的抗弯、抗拔强度进行综合分析,结果表明:自攻螺钉接合强度双圆榫接合强度三合一连接件接合强度。若是要使用三合一连接件连接时,要配合其他连接方式进行使用。     

杨木衣柜柜门角部接合形式对强度的影响

为扩大低质人工林木材在家具中的应用.笔者以杨木衣柜为研究对象,针对柜门角部的受力特点,研究了不同的接合形式对角部抗弯和抗扭强度的影响以及材料的混合使用对角部接合的增强作用。试验结果表明柜门角部接合形式对接合强度具有影响:①榫接合时,直角接合斜角接合,圆棒榫接合时,斜角接合直角接合;②抗弯强度:冒头与立挺齐平冒头盖立挺,抗扭强度:冒头与立挺齐平冒头盖立挺,而且两种不同的接合方式对抗扭强度影响比对抗弯强度的影响大;③榫接合开口情况对接合强度的影响是全开口榫半开口榫闭口榫;④双圆棒榫+不锈钢角码接合相比双圆棒榫接合有增强作用,但是效果有限;斜角接合水曲柳饼形榫增强效果较明显。     

板式家具生产

近年来,随着现代科学技术的迅速发展,随着人民生活水平的逐渐提高,家具工业也有了较快的发展,板式家具就是发展中的一大方面。板式家具是第二次世界大战后发展起来的一种新型家具。它主要是以各种人造板为原料,以板件为主体结构,通过家具五金连接件、圆棒榫等为连接构件组装而成。     

实木家具斜角接合结构的可拆装设计与评估北大核心

以现代实木家具中常见的45°斜角接合结构为研究对象,以实现斜角接合结构可拆装,提高其接合强度为目的,分析了现有斜角接合结构的特征与不足,提出一种通过五金连接件与分体榫相结合的45°斜角可拆装改良方案;采用有限元分析方法,从应力分布角度对现有节点和改良节点进行对比分析;通过力学试验方法测试了两种结构的抗弯力学性能。结果表明:改良方案的极限承载力平均值比现有方案高18.7%,通过有限元分析方法获得的节点应力云图与试验中试件的破坏形式具有较好的一致性。改良方案实现了斜角接合节点的可拆装,提高了实木家具斜角接合节点的强度,为后续进一步开发实木家具隐藏式五金连接件及榫卯外观下的节点可拆装设计提供了依据及实现方法。     

椭圆榫T型构件接合强度影响因素研究

以北美鹅掌楸为基材,探究椭圆榫T型构件接合强度的影响因素。采用单因素试验探究涂胶量、陈放天数对椭圆榫抗拔强度的影响;采用正交试验探究榫眼深度、长度和宽度三个因素对椭圆榫抗弯强度的影响。结果表明:涂胶量对椭圆榫T型构件抗拔强度的影响非常显著,陈放天数的影响比较显著。榫眼宽度是影响椭圆榫T型构件抗弯强度的主要因素,榫眼深度和长度次之,而深度的影响大于长度。     

板式家具结构强度设计的发展及现状

板式家具是指以各种人造板(如细木工板、中密度纤维板、刨花板等)为基材制成板件后采用各种连接件接合的家具.板式家具具有结构简单,零部件标准化、专业化,易拆装、易运输,生产方式便于机械化、自动化、协作化等优点,能够大幅度降低成本,能够有效地减少木材消耗,有利于保护森林资源,因此板式家具逐渐成为家具市场上的主流产品.     

松木L型构件整体式单榫稳健优化设计研究

笔者采用稳健设计的田口实验方法,通过对松木L型构件整体式单榫连接进行ANSYS有限元模拟力学分析,研究其节点连接中各个设计因素对其最大形变量的影响,并通过信噪比因素效应分析,确定出松木L型构件连接结构的优化设计方案。结果表明:当松木L型构件构成形式为90°直角横材搭纵材,节点连接方式为直角榫,截面尺寸为256mm~2,榫头长度26mm时,最大形变值比初始状态降低了35.11%,信噪比提高了13.71%。利用ANSYS有限元软件结合稳健设计的田口实验方法可以减低松木家具结构质量特性的不稳健性,提高结构节点设计的安全性.降低结构设计成本,延长家具结构的使用寿命。     

有限元法在实木榫接合家具结构设计中的应用

文中从实木榫接合家具节点、构件和整体框架3个层面,总结、分析有限元法在实木榫接合家具结构设计中的应用现状,并对该领域存在的主要问题及未来研究趋势进行了阐释。目前主要存在以下问题:1）未形成系统性的有限元分析方法,不同研究者之间存在较大差异;2）分析准确度不高,大多研究仅为有限元软件的模拟分析,缺乏试验验证;3）未建立合理的榫接合节点有限元模型,通常将榫接合节点视为刚性节点处理。未来研究可围绕以下几方面开展:1）榫接合节点有限元模型的建立方法及简化方法;2）实木榫接合家具疲劳寿命的有限元分析方法;3）基于有限元法的实木榫接合家具结构优化设计方法;4）二次开发,在有限元分析软件的基础上,建立实木榫接合家具结构设计模块;5）实木榫接合家具智能设计与制造系统开发。将有限元法应用于实木榫接合家具的结构设计中,将有助于实木榫接合家具的结构优化设计、智能设计与制造。