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。     

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...     

榫接合尺寸对重组竹家具角部T型构件力学性能的影响

为进一步完善重组竹制品结构设计的基本理论,科学指导重组竹制品结构设计,通过破坏实验,比较分析了榫头厚度、榫头长度和榫眼中线位置对重组竹家具T型构件力学强度的影响。结果表明:3个因素的重要程度依次为:榫头长度榫头厚度榫眼中线位置。榫头长度以30～35 mm为宜,当方材断面尺寸大于35 mm×35 mm时,可采用暗榫结构;单榫榫头厚度以10～12 mm为宜,当方材断面尺寸大于40 mm×40 mm时,可采用双榫或多榫结构;榫眼的中线位置对构件力学强度产生的影响不大,在实际设计中单榫结构榫眼的中线位置与方材的中线位置应保持一致。     

榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响

【目的】针对直榫节点受弯时榫头横纹变形较大、刚度和承载力较弱的问题,将"正交胶合木"概念引入直榫节点中,探讨榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响,并提出合理的直榫节点"预增强"方法和参数为传统榫卯节点在现代木结构工程中的应用提供理论与技术支持。【方法】以花旗松普通层板胶合木为材料,设计制作18个足尺直榫节点试件,其中部分试件榫头不作处理(对照组),其他试件榫头加工成正交层板结构。通过节点抗弯试验分析直榫节点的破坏模式和工作曲线,计算得到节点的抗弯刚度和极限弯矩;提出复杂应力状态下的木材本构关系模型,建立直榫节点有限元模型,对其抗弯性能进行模拟。与试验结果对比并验证模型准确性后,基于模型对局部正交层板结构直榫节点进行参数分析,探讨正交层板厚度、宽度等参数对直榫节点受力性能的影响规律。【结果】对照组直榫节点主要破坏模式为榫头端部顶面和根部底面的局部横纹压缩变形,局部正交层板结构可有效缓解榫头横纹压缩变形。与对照组相比,4组不同局部正交层板结构直榫节点的抗弯刚度平均值提升14.0%～36.9%,而极限弯矩有升有降;数值分析结果与试验结果吻合良好;随正交层板宽度增加,直榫节点的抗弯刚度先升后降,而承载力先降后升;随正交层板厚度增加,直榫节点的抗弯刚度呈上升趋势,而承载力呈下降趋势;对本研究直榫节点,建议正交层板厚度与榫头厚度比值取0.25,宽度取210 mm。【结论】局部正交层板结构可提高直榫节点的抗弯刚度,通过合理选择参数还可提高直榫节点的承载力;采用强度和韧性较好的材料,如重组竹和钢板等替代木材层板,可进一步提高直榫节点的抗弯刚度和承载力。     

基于成组技术的椭圆榫接合优化

以椭圆榫接合为研究对象,用时间研究法测量了榫头榫眼的加工时间,比较了加工准备时间、上下料时间与铣削时间之间的关系,分析了零件的规格尺寸、榫头榫眼的大小尺寸对铣削时间的影响;从开榫机和榫眼机的加工原理出发,分析了调机方式和定位特点对榫头榫眼大小和位置的影响;针对多品种小批量的市场需求,比较了零件规格尺寸、榫头榫眼大小与位置优化前后的加工时间变化,并以成组技术为指导,推算出零件及产品在优化后所节省的经济成本。总结出优化椭圆榫接合的方法为:在保证接合强度和外观要求的前提下,榫头榫眼的尺寸规格应尽量减少,不同零件榫头(或榫眼)中心线到基准面(或基准边)的距离应尽量统一,以减少设备调整时间,提高生产效率,缩短生产周期,降低生产成本。     

一种可拆装式椭圆榫节点的设计与性能分析

为实现实木椭圆榫接合家具节点的可拆装性,提出一种通过五金连接件改良椭圆榫节点的方法,测试T型构件的抗拔及抗弯力学性能,并分析节点加载过程中的力学行为及失效形式。结果发现,较对照椭圆榫节点,改良五金件连接节点的极限抗拔承载力达到5 614.61 N,提升了230%,但破坏弯矩降低了48.6%,刚性系数降低了45.6%。在保留实木椭圆榫外观及可拆装设计的前提下,本研究设计的可拆装式椭圆榫节点能满足多数木制品节点的使用强度要求,为后续实木可拆装式椭圆榫节点的优化设计提供依据及方法。     

竹集成材用于榫卯家具的CMF评价及力学强度分析北大核心

以竹集成材为载体,通过用户感知觉、设计美学、力学强度3方面评价竹集成材作为榫卯家具用材的适用性。在竹集成材用于榫卯家具的用户感知觉、设计美学评价方面,参考CMF设计方法,将竹集成材色彩特性、材料特性、表面处理加工工艺3方面作为评价内容。以家具腿、扶手等部位常应用的T型榫接合构件为例,通过测试9组不同榫头尺寸配合的竹集成材T型榫接合试件的抗弯强度,计算得到其破坏弯矩,评价榫卯家具的力学强度,探究竹集成材家具榫卯节点力学抗弯强度及榫卯尺寸配合的影响规律。结果表明:竹集成材能够满足用户情感需求,符合榫卯家具设计审美,符合榫卯家具力学强度要求,适用于现代榫卯家具的设计与制造。基于对竹集成材用于榫卯家具的适用性评价,提出线形设计、榫卯减量化设计、可拆装榫卯设计3种符合现代加工生产、设计审美及情感需求的竹集成材榫卯家具设计策略,为榫卯家具的现代化转译设计和缓解木材资源供给压力提供方法。     

基于摩擦特性的榫接合节点抗拔力研究

通过创新的测量方法对椭圆榫接合节点的摩擦特性进行了研究,基于合理的条件假设,建立了椭圆榫接合节点抗拔力的数学模型,并通过椭圆榫接合T形构件的抗拔力试验对模型计算结果进行了检验。研究结果表明,基于本研究所采用的加工方式,木材在平面接触状态下,接触面纹理角度、接触面积以及接触压力对木材与木材间的摩擦系数无明显影响。各接触面粗糙度测量结果表明,横纹不同纹理角度和顺纹不同纹理角度下的粗糙度基本相等。通过创新的试验方法对不同纹理角度的椭圆榫接合节点摩擦系数进行测量,其结果与平面接触状态下的测量结果基本一致,平均摩擦系数约为0.54。试验验证阶段对采用椭圆榫接合的T形构件抗拔力进行了测量,得到抗拔力平均值为3 192.5 N,标准差为398 N,而通过本研究建立的数学模型计算所得的榫接合节点抗拔力为2 928.08 N。数学模型计算结果与试验结果的最大值及最小值的误差均在标准差范围内。因此,本研究所建立的力学模型可用于实木椭圆榫接合节点抗拔力的估算,并为榫接合节点在胶合状态下的力学特性研究,以及实木榫接合家具结构设计提供依据。     

椭圆榫过盈配合量与木材密度的关系

通过樟子松、柳桉、山毛榉制成的椭圆榫接合的极限抗拔试验,发现椭圆形榫头宽度与其对应的榫眼长度的过盈配合中,这三种木材在平衡含水率14.0%时的最佳过盈配合量分别为0.80、0.47和0.26mm.在此基础上,进一步探讨最佳过盈配合量与木材密度的相关性,得到其回归拟合曲线近似为指数函数y=6.874e-4.604x.     

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。     

竹木复合材料的研究

竹木复合材所用原料为毛竹、杨木夹板.其中,组坯方式按年份分为两年、三年和四年三种,毛竹经过碾压机碾压成竹帘后再与杨木夹板进行混合铺装.本实验主要研究不同年份、不同摆放方向和不同厚度的竹帘对竹木复合材的抗弯强度、抗弯弹性模量和平面抗拉强度的影响,结果表明,抗弯强度、抗弯弹性模量受年份和竹帘厚度的影响比平面抗拉强度所受的影响要小;9mm竹帘的竹木复合材料的平面抗拉强度受不同年份竹材的影响明显.     

Strength performance of mortise and loose-tenon furniture joints under uniaxial bending moment

We determined the effects of adhesive type and loose tenon dimensions （length and thickness） on bending strength of T-shaped mor- tise and loose-tenon joints. Polyvinyl acetate （PVAc） and two-component polyurethane （PU） adhesives were used to construct joint specimens. The bending moment capacity of joints increased significantly with increased length and thickness of the loose tenon. Bending moment capacity of joints constructed with PU adhesive was approximately 13% higher than for joints constructed with PVAc adhesive. We developed a predictive equation as a function of adhesive type and loose tenon dimensions to estimate the strength of the joints constructed of oriental beech （Fagus orientalis L.） under uniaxial bending load.     

国产自攻螺钉抗钉帽拉穿强度研究

针对自攻螺钉的抗钉帽拉穿强度进行评价,测试了不同直径、不同钉帽形式的国产自攻螺钉在SPF规格材和重组竹中的抗钉帽拉穿强度。试验结果表明:在同种材料上自攻螺钉的抗钉帽拉穿强度取决于钉帽类型和螺钉直径。所有SPF试件均出现钉帽拉穿破坏,重组竹试件个别出现钉帽拉穿破坏,大部分则出现自攻螺钉拉断破坏。自攻螺钉在重组竹中的抗钉帽拉穿强度远大于在SPF规格材中强度。     

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。     

近海迎风面毛竹林竹材物理力学性质的研究

竹子是集经济、生态和社会效益于一体的优良林种,有着繁殖容易、成林快、一次造林科学经营可持续利用等优点,是区域社会经济发展和生态环境保护的重要资源,其中,毛竹(Phyllostachys edulis(Carr.)H.de Lehaie)为我国所特有的最重要的经济竹种,具有分布广、面积大、利用领域广、效益好等特点。全国现有毛竹林面积720万hm2,其中,毛竹     

小径级竹材抗弯性能测试方法

探究小径级竹材（胸高直径50 mm以下）的抗弯性能实验方法，充分发掘小径级竹材的性能，为小径级竹材的材性研究和工业加工等提供技术支撑，以扩大小径级竹材的用途，提高其利用价值。实验以箬竹、早园竹、苦竹、水竹和笔竿竹5种小径级竹材为研究对象，利用三点弯曲法与四点弯曲法分别测定了不同长径比（试件长度与其直径之比）试样的抗弯弹性模量和抗弯强度，以测试数据的标准差、标准误差和变异系数为评价依据，分析不同长径比的试样和加压弯曲方式对实验结果的影响。结果表明：就加压方式而言，当测试抗弯弹性模量时，三点加压弯曲法优于四点加压弯曲法；就试样长径比而言，长径比为12的试件更适于测试小径级竹材的抗弯弹性模量和抗弯强度。因此，当测试小径级竹材抗弯性能时，宜采用三点加压弯曲方式、长径比为12的试样并按照一定的流程进行操作。     

大跨度竹质方梁的制备与抗弯性能研究

为了探究木质材料在大型建筑应用的可行性,以竹材为原料,利用层积热压组坯的方式制备长度为3 m和6 m的竹质方梁,对其进行四点抗弯测试,观察其在测试过程中的弯曲变形及破坏特征,分析弹性模量、静曲强度,根据其破坏形式分析竹质方梁结构及组坯方式对其抗弯性能的影响。结果表明:6 m竹质方梁弹性模量达10261.24 MPa,跨中竖向位移至86.97 mm而不破坏;3 m竹质方梁静曲强度达85.51 MPa。竹质方梁破坏均出现在弯曲的受拉面,且裂纹通过竹节处、胶合界面以及竹纤维排布方向蔓延,这与竹材本身结构特性有关。通过对3 m和6 m竹质方梁抗弯实验及分析,以期为竹质方梁在大跨度下的应用提供数据支撑。     

Finite element analysis of stress and strain distributions in mortise and loose tenon furniture joints

We studied the effect of loose tenon dimensions on stress and strain distributions in T-shaped mortise and loose tenon （M＆amp;LT） furni-ture joints under uniaxial bending loads, and determined the effects of loose tenon length （30, 45, 60, and 90 mm） and loose tenon thickness （6 and 8 mm） on bending moment capacity of M＆amp;LT joints constructed with polyvinyl acetate （PVAc） adhesive. Stress and strain distributions in joint elements were then estimated for each joint using ANSYS finite element （FE） software. The bending moment capacity of joints increased significantly with thickness and length of the tenon. Based on the FE analysis results, under uniaxial bending, the highest shear stress values were obtained in the middle parts of the tenon, while the highest shear elastic strain values were estimated in glue lines between the tenon sur-faces and walls of the mortise. Shear stress and shear elastic strain values in joint elements generally increased with tenon dimensions and corre-sponding bending moment capacities. There was consistency between predicted maximum shear stress values and failure modes of the joints.