微型指榫角部按合与圆榫及直角榫接合性能比较

通过试验，对微型榫角部按合与圆榫及直角榫年产值接合性能进行了比较和研究。结果证明，刚度效率大约为０．７～０．８与直角榫接合相类似，比圆榫接合刚度效率大。微型指榫弯曲强度效率约为０．５～０．６，比圆榫和直角榫接合强度高（高榫接合弯曲强度效率为０．３）。     

竹集成材家具木圆榫接合强度的研究

以福建南平建瓯所产的毛竹片和低甲醛脲醛树脂胶黏剂加工而成的竹集成材为基材,采用正交试验法研究木圆榫直径、木圆榫插入深度、木圆榫与板孔的配合过盈量对竹集成材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过盈量3个因子对木圆榫接合强度均影响显著;增加木圆榫直径、提高木圆榫插入深度、适度加大木圆榫与榫孔配合的过盈量能显著提高木圆榫接合强度;综合考虑竹集成材家具木圆榫接合结构确定优化木圆榫接合强度因子为木圆榫直径10mm,木圆榫插入深度19mm,木圆榫与榫孔配合的过盈量＋0．2mm,这种木圆榫结构设计能使圆榫接合强度明显提高。     

稻秸秆板圆榫抗拔性能研究

稻秸秆板是一种新型绿色家具板材,其与圆榫的接合性能直接影响到家具的强度和刚度。在不同β系数条件下,利用加载的试验方法研究了圆榫与稻秸秆板的极限抗拔力,并对其接合规律进行了探讨。试验中,采用刨花板和中密度纤维板等基材作对照组,以期从板材结构和物理指标上分析稻秸秆板和圆榫的接合特性。试验发现,在同等β系数条件下稻秸秆板与圆榫的接合性能比刨花板要差些,但比中纤板要好,尤其是当β值为0.2 mm时,稻秸秆板与圆榫的抗拔力最大。     

竹集成材家具典型角接合强度的测试与比较

对竹集成材家具典型角接合强度测试与比较结果表明：直角榫接合抗拔力大于圆榫接合,偏心连接件接合抗拔力与螺母倒刺扎入板材中深度有较大关系,因竹材本身硬度很大,尼龙螺母嵌入板较难,抗拔力也小;一般地,榫接合的胶合面积越大,抗拔力越大,破坏弯矩也越大。     

一种速生材榫接合节点增强方法

提出了一种基于硬木镶嵌的速生材榫接合节点增强方法。以速生杨木椭圆榫接合的T型构件为例,在杨木横向构件榫孔处嵌入材质较硬的榉木,并通过榉木椭圆插入榫将其与杨木竖向构件接合。首先,通过创新的测量方式对榉木在杨木横向构件中镶嵌的最佳配合参量进行了研究;然后,对榉木椭圆插入榫与杨木竖向构件接合的最佳配合参量进行了研究;最后,保持榫接合构件尺寸不变,采用最佳配合参量进行组装,探讨了榉木以不同纹理方向镶嵌时对椭圆榫接合节点抗拔力的影响,并将其与未经镶嵌的杨木整体式椭圆榫接合T型构件以及榉木整体式椭圆榫接合T型构件进行了对比分析。实验得出:榉木整体式椭圆榫接合(Ⅳ型节点)抗拔力为5 027 n,榉木顺纹镶嵌椭圆插入榫接合(Ⅲ型节点)抗拔力为4 242 n,榉木横纹镶嵌椭圆插入榫接合(Ⅱ型节点)抗拔力为3 775 n,杨木整体式椭圆榫接合(Ⅰ型节点)抗拔力为3 123 n,也就是抗拔力Ⅳ型节点>Ⅲ型节点>Ⅱ型节点>Ⅰ型节点。由实验结果可以得出如下结论:Ⅲ型节点的抗拔力比Ⅱ型节点提高了约12.4%,说明榉木镶嵌的纹理方向对节点强度有明显影响,且顺纹进行镶嵌效果更佳;Ⅲ型节点的抗拔力比Ⅰ型节点提高了约35.8%(约为1 119 n),说明在速生材榫接合构件中以顺纹方向嵌入硬质木材可以大幅增加节点抗拔力,进而为速生材直接应用于实木榫接合家具中提供了新方法。      

实木家具斜角榫接合方式的改进与应用

榫接合是传统家具的主要结构方式,也是现代实木家具的基本结构方式。榫接合设计作为家具结构设计的重要组成部分,不论是在过去、现在,还是将来,都将起到独特的作用。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的问题。本文对传统的木框角部斜角榫接合形式和改进后的4种易于机械加工的斜角榫接合形式进行了分析,认为经过改进的斜角榫接合形式完全能应用于现代实木家具结构设计。     

圆榫数量对刨花板构件抗弯强度的影响

文章对刨花板部件角部接合抗弯强度与圆榫数量之间关系进行初步探讨,对实验中所获得的数据进行回归分析,找出了圆榫数量与抗弯强度之间关系为三次曲线关系,在一定圆榫数量范围内,随着圆榫数量增多,抗弯强度增大。这在制品设计中确定圆榫数量和进行结构强度设计均有实用性。实验中还发现刨花板内部结合强度,板材断裂模量和弹性模量均对构件抗弯强度有一定影响。可以着出,圆榫数量少时,试件破坏形式是板件A的边部劈裂,而圆榫数量多时,破坏形式是板件A折断。如果圆榫之间距离过小,或者是最外边圆榫端部过近,当装入圆榫时,板件就被胀裂,这不仅影响制品外观,而且也使结合强度降低。     

胶粘剂种类、加压时间对3种常用斜角榫接合性能的影响

斜角榫接合是传统家具的主要结构方式,也是现代中式家具的标志性结构方式.在木家具结构设计中,特别是中式实木家具结构设计中,木框角部斜角榫接合强度是人们担心的问题.实木家具中木框斜角榫接合强度因其榫卵形式、胶粘剂种类、保压时间等影响因子的不同而不同,其中,抗拉强度和抗弯强度是衡量木框斜角榫接合性能的两个重要指针.本文对3种常用的、易于机械加工的斜角榫接合试件的抗拉强度,抗弯强度进行了实验测定,并对其进行比较、分析.研究结果表明:胶粘剂种类,加压时间都不同程度的影响着木框角部接合的整体结构强度.     

刨花板胶接合性能的研究

刨花板是一种新型材料,其性能与天然木材有很多不同之处。实木制品习惯采用的接合方式在刨花板应用中不完全适用,例如榫接合方式在刨花板接合中就不便采用,刨花板制品中用得最普遍的圆榫接合和五金连接件接合。这两种接合方式加工工序较多,成本较高,为了简化工序和减少五金件数量,降低加工成本,我们根据刨花板表面平整,     

椭圆榫节点抗弯强度的数值分析研究

通过有限元分析法对不同过盈量下榉木椭圆榫接合节点抗弯强度及节点周围的应变情况进行研究,并通过相应的试验对所建立的有限元模型进行了验证。结果表明,本研究建立的有限元模型的计算结果与试验结果具有较好的相关性,不同过盈量下试验结果与有限元分析结果的平均误差均在20%以内,并且节点处榫头和榫孔的变形情况也十分吻合。同时,榫接合节点周围的应变测量结果与有限元分析结果也具有较好的相关性。由此可得,研究中所建立的有限元模型可用于榫接合节点抗弯强度的预测,为实木榫接合家具的结构设计打下基础。     

基于参数化的榫卯尺寸智能确定方法

  目的  榫卯结构尺寸的确定是编写榫卯数控加工代码的前提，也是实现榫卯数控加工的基础，但现有的通过反复修改榫卯几何模型确定榫卯尺寸的方式，效率低、难度高，严重影响了榫卯数字化加工的发展。因此，有必要设计一种榫卯尺寸智能化确定的方法。  方法  以改良型格肩榫为例，首先利用参数化的设计思想，建立格肩榫的数学模型并提取了格肩榫尺寸参数；然后根据榫卯装配体零件的特征，基于装配约束，从位置关系和配合关系两个角度，建立格肩榫尺寸参数间的关系函数；再基于工艺约束，从数控加工方式、市场调研结果和工艺知识这3个方面，确定部分尺寸的取值范围和预设参考值，并建立尺寸参数与工艺约束间的关联函数；最后，以零件的断面尺寸为输入参数，整合关联函数、取值范围和预设参考值，建立尺寸参数关联函数表。  结果  通过建立榫卯数学模型，提取了榫卯各类尺寸参数；根据榫卯装配和工艺约束，成功建立了榫卯尺寸参数间的函数关联，并获取了尺寸参数的取值范围和预设推荐值；通过建立尺寸参数关联函数表，实现了只需输入榫卯零件的断面尺寸，系统就可以自动输出榫卯其他尺寸参数值。  结论  在装配和工艺两方面综合约束函数基础上建立的榫卯尺寸智能确定方法，是对榫卯工艺知识的数字化整理和重用，不仅能实现榫卯尺寸的智能确定，也为实现榫卯乃至实木加工的智能制造提供了基础条件。      

榫卯智能化加工代码生成系统的开发

目的榫卯加工代码的制作是实现榫卯数控加工的关键,但传统数控编程存在难度大、效率低、过度依赖CAM软件等问题,因此有必要开发一款高效的榫卯智能化加工代码生成系统。方法本研究首先利用成组技术对榫卯进行分组,提取各组榫卯的尺寸参数,建立参数化的工件数据库。然后,通过对大量工艺经验和已有榫卯配合相关研究成果的函数表达,实现了榫卯尺寸智能匹配。接着,利用模板技术建立了每一类榫卯零件的参数化加工代码模板,并组建了刀具路径代码模块。运用表达式驱动算法完成对代码模板的实例化,由加工参数的变化带动模板内数值的变动,进而自动生成NC代码,实现了榫卯加工数控程序的参数化、模块化设计。最后,基于后处理原理,通过外接程序的方式完成坐标补偿值的自动计算与添加,实现了加工代码后处理自动补偿。在此基础上,运用可视化的编程语言VB开发了一款榫卯智能化加工代码生成系统。结果结合改良型粽角榫零件加工代码的制作,验证了系统的可行性。通过实际加工以及对被加工零件尺寸的检验,验证了系统生成加工代码的准确性。结论本系统具有操作简单、质量稳定等特点,实现了榫卯加工编程工序的简化和代码的自动生成,极大地提高了编程效率,有助于推动榫卯加工由经验型向知识型的转变。      

L型构件双圆棒榫节点抗弯强度模型及其数值模拟

为解决现有圆棒榫节点抗弯强度研究中试验偶然性的问题,采用有限元法,建立L型构件双圆棒榫节点抗弯强度模型,进行数值模拟,并通过相应的试验对模拟结果进行了验证。结果表明:1)所建立的有限元模型可用于实木榫接合家具设计中的抗弯强度预测,不同直径下有限元分析结果与试验结果平均误差均<15%,且圆棒榫变形情况与试验结果相符;2)双圆棒榫接合构件抗弯节点主要破坏形式为榫损伤,抗弯强度随直径增加而增加,但增幅减小;3)直径为10 mm的双圆棒榫可用于椅子腿部与望板接合部位,直径为8 mm的双圆棒榫可用于椅子腿与扶手连接处,性能满足GB 103547所规定的要求,直径为6 mm的双圆棒榫不适用于椅子连接。     

短齿榫铣刀齿形参数优化试验

用9组不同齿形参数的短齿榫铣刀,对落叶松指接材进行了正交试验,确定了最优短齿榫铣刀的齿形参数,并给出了其精度范围。这种短齿榫铣刀的推广和应用能节约木材、减少动力消耗。验证试验中测定了5个树种,脲醛树脂胶指接材的静曲强度、弹性模量、顺纹抗拉及抗压强度和冲击韧性。结果表明,各项指标均能满足实际使用要求。     

预埋螺母对偏心连接件接合性能的影响

为探索新型嵌入件螺母的可行性,以预埋螺母类型为单一变量,系统研究了T型和L型结构下,5种常用预埋螺母和2种新型嵌入件螺母对偏心连接件接合性能的影响,对比各连接方式的破坏弯矩、刚性效率、破坏特征等。结果表明:1) 各预埋螺母的破坏弯矩:嵌片嵌入件≈柱体嵌入件＞梯形螺母≈内外牙螺母＞尖刺螺母＞四爪螺母＞尼龙胶塞;2) 各预埋螺母的刚性效率:内外牙螺母＞嵌片嵌入件≈柱体嵌入件≈梯形螺母＞四爪螺母＞尼龙胶塞＞尖刺螺母;3)7种预埋螺母的破坏弯矩和刚性系数,T型构件较L型分别高约26.7%、26.8%;4)嵌入件螺母主要破坏特征为三合一连接杆和偏心轮的形变破坏,常用预埋螺母大多为预埋螺母拔出导致的木材撕裂破坏或局部挤压破坏;5)柱体嵌入件螺母T型连接方式中,在仅更换破坏的连接杆和偏心轮情况下,第2次破坏较第1次破坏破坏弯矩仅下降3.1%。预埋螺母类型对偏心连接件破坏弯矩影响显著,嵌入件预埋螺母较常用预埋螺母破坏弯矩大、刚性效率高,可通过更换破坏五金件实现板件的重复利用,具有明显的优势和可行性。      

国产日本落叶松正交胶合木的销槽承压强度

  目的  正交胶合木是一种新型现代木结构材料。销类连接是现代木结构中应用最广泛的连接形式,销槽承压强度是销连接设计的重要参数。研究国产日本落叶松正交胶合木（CLT）的销槽承压性能,旨在为CLT结构销类连接的本土化设计提供参考。  方法  对36组432个国产日本落叶松3层CLT试件进行半孔静力加载试验,分析CLT密度、销径、螺纹、胶缝和加载角度对CLT销槽承压强度的影响,并基于试验结果评价美国NDS、加拿大CSA、Kennedy、Uibel和Blaβ（U&B）提出的4种计算方法对国产日本落叶松CLT宽面和窄面销槽承压强度预测的适用性。  结果  CLT的销槽承压强度与CLT密度呈正相关,与销径呈负相关,与螺纹没有明显关系。销垂直于CLT窄面时,加载角度0°的销槽承压强度是90°的3.06倍,胶缝处的销槽承压强度为两者的平均值。销垂直于CLT宽面时,加载角度0°的销槽承压强度明显大于加载角度90°的销槽承压强度。计算值与试验值相比:销垂直于CLT窄面,加载角度为0°（位置A）时,加拿大CSA模型的相对误差小于8.37%,加载角度为90°（位置D）时,U&B模型的相对误差小于8.56%（个别除外）,两者均小于10%,吻合良好;销垂直于CLT宽面,4个模型在加载角度为0°（位置C）和90°（位置B）时的相对误差均大于10%,本研究建立的CLT宽面销槽承压预测模型相对误差分别小于5.31%和6.04%,两者均小于10%,吻合良好。  结论  密度、销径和加载角度等是影响CLT销槽承压强度的重要因素。对于国产日本落叶松CLT销槽承压强度的计算方法可参照以下建议:销垂直于CLT窄面,加载角度为0°时,可选用CSA模型,加载角度为90°时可选用U&B模型;销垂直于CLT宽面,加载角度为0°或90°时,均可选用本研究建立的预测模型。      

毛竹销（钉）的高速旋转摩擦焊接性能研究

选取毛竹销钉替代木榫在1 500 r/min的情况下与榉木基材进行旋转摩擦焊接，对其抗拉强度和焊接机理进行研究。重点研究不同形状的预钻孔和不同榫径与孔径比值下的竹销钉焊接抗拉拔强度，并将其与木榫焊接和PVAc胶接的抗拉强度进行对比。结果表明:1）当采用恒定直径孔10/9、10/8、10/7、10/6 4种榫径/孔径比的焊接强度均高于PVAc胶接强度，但低于木荷榫和榉木榫的焊接强度，其中10/8的榫径/孔径比的焊接强度相对最高，达到了5.54 MPa；2）当采用渐变直径孔，竹销钉的焊接强度得到明显提高。其中10/8-6的榫径/渐变孔径比值取得了最高的焊接强度，达到6.42 MPa，比10/8比值的强度提高了15.6%，超过了木荷榫的焊接强度，但不及榉木榫的焊接强度；通过对竹销钉的焊接界面温度进行监测，发现焊接界面能在2 s内达到300℃以上的峰值高温，且维持了一定的高温时间（通常约2～3 s），随后随着竹销停止旋转摩擦，温度逐步下降；不同的榫径与孔径比值下，焊接界面的升温速率、峰值温度和高温持续的时间不同，它们是产生强度差异的主要原因；SEM观察结果显示，竹销旋转摩擦焊接界面由竹销或基材中的胞间层物质软化、熔化和流动并与作为增强材料的竹纤维包裹，形成了犹如“钢筋水泥土”结构般的致密、连续和坚固的焊接界面；FTIR分析结果表明，摩擦产生的高温会导致竹销中半纤维素发生一定程度的降解，纤维素的降级十分有限，木质素发生一定程度的缩合反应，木质素的含量相对提高。试验结果表明，将竹销钉代替木榫用于木材的旋转摩擦焊接是可行的。