木榫旋转摩擦焊接抗拉拔力的影响因素

在红松(Pinus koraiensis Sieb. et. Zucc)木材基材上钻制2种规格可插入木榫棒的预钻孔(预钻孔径8、9 mm,深度40 mm)、选取2种规格红松材质的木榫棒(长100 mm,直径10、12 mm),分别进行不同木榫棒直径与预钻孔孔径比、不同基材纹理的圆棒木榫旋转焊接试验,并与敲击试验试件进行对比,分析不同试验方法对焊接试件抗拉拔力的影响。结果表明:①木榫旋转焊接能明显提高连接的抗拉拔力,高于敲击试件300%以上,焊接界面上有大量熔融物质,说明木榫旋转焊接对于连接强度的提升具有明显作用。②随着木榫棒直径与预钻孔孔径比的增加,抗拉拔力逐渐增大,在同一木榫棒直径与预钻孔孔径比时,顺纹基材焊接产生的抗拉拔力高于横纹基材。③纹理对于焊接性能的影响十分显著,对焊接后木榫棒焊接部位的形态进行观察,横向纹理对木榫棒直径的削减作用更为明显,顺纹焊接后木榫棒整体呈圆台状,木榫棒直径的变化更为平滑;对焊接带进行观察,顺纹焊接的焊接带平均宽度明显高于横纹焊接带平均宽度,同参数规格时,顺纹焊接试件抗拉拔力高于横纹焊接试件抗拉拔力。     

竹榫旋转焊接工艺参数及机理探究

[目的]木榫旋转焊接是木结构、家具中的一种新型绿色连接技术,国内外对于竹榫旋转焊接研究较少,其最佳焊接工艺参数未知,竹榫、木榫旋转焊接之间的差异也有待研究.[方法]使用毛竹榫旋转焊接云杉基材,通过测试焊接形成的连接节点的抗拉拔性能,探究竹榫旋转焊接较优的工艺参数.选取基材预钻孔与竹榫直径比值(孔径比)、竹榫转速、竹榫含...     

CuCl_2处理对木榫焊接性能的影响

选取国产落叶松作为木榫旋转焊接基材,采用CuCl_2浸渍桦木木榫,分析浸渍处理对焊接性能。结果表明,1)CuCl_2处理组试件和未处理组试件平均抗拉拔力分别为4 988N和4 027N,说明浸渍木榫能够有效提高焊接试件抗拉拔力;2)对木质素等熔融物质在焊接界面的分布情况进行观测分析,发现在CuCl_2处理试件界面分布较均匀,而在未处理试件界面有熔融物质缺失和富积区域;3)采用FTIR对未处理木榫与界面、CuCl_2处理木榫与界面的对比分析,发现木质素、半纤维素等在焊接过程中均发生了热解,CuCl_2处理试件的木质素芳香环发生了少量热解,而未处理试件木质素侧链发生热解后,芳香环相对比较稳定并通过-CH_2-发生了单元间缩合;4)CuCl_2处理和焊接过程均能提升相对结晶度,未处理木榫相对结晶度为19.2%,CuCl_2处理木榫、未处理界面和CuCl_2处理界面的相对结晶度分别高于未处理木榫12.5%、75%和51%。     

焊接时间和氯化铜处理对木榫焊接性能的影响机制

选取国产落叶松作为木榫旋转焊接基材,采用氯化铜浸渍桦木木榫,分析焊接时间和氯化铜处理对焊接性能的影响机制。结果表明:1)未处理试验组焊接时间3s的试件抗拉拔力平均值分别高于5s和7s试件28.33%、87.12%;氯化铜浸渍处理试验组焊接时间3s的试件抗拉拔力平均值分别高于5s和7s试件61.06%、130.49%;同样的焊接时间条件下,氯化铜浸渍处理试验组焊接时间3s比未处理试验组高68.28%,焊接时间5s高34.08%,焊接时间7s高36.62%。2)未处理试验组不同焊接时间界面最高温度和深度之间均符合线性关系,氯化铜浸渍处理试验组焊接界面最高温度低于未处理焊接界面。3)采用FTIR对未处理木榫与界面、氯化铜浸渍处理木榫与界面的对比分析,发现桦木圆棒榫在经过氯化铜浸渍处理后可能发生了半纤维素和纤维素的酸水解,半纤维素、无定型物质等在焊接过程中均发生了热解,同时有大量物质氧化形成C-O和C=O,随着焊接时间的延长,木材组分的热解程度增加。木榫旋转焊接的机理是焊接过程中半纤维素和无定型物质热解熔融并包覆纤维形成焊接界面层。氯化铜浸渍处理的增强机制为氯化铜浸渍处理可能引起半纤维素和纤维素的酸水解,促进焊接过程中木材组分的解聚、热解形成熔融物质。     

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。     

木材焊接理论研究及技术进展

介绍了木材焊接技术的研究进展,包括焊接原理、两种焊接形式分类、影响参数、焊接过程中的化学变化、焊接理论模型研究以及焊接技术的应用等。在焊接形式分类中分别介绍了平面的摩擦焊接和木榫旋转焊接过程及伴随的温度变化。在影响参数中综述了树种、纹理、焊接速度以及一些特殊处理方法对焊接性能的影响,其中树种和基材纹理方向对平面摩擦焊接性能的影响甚大,树种和木榫转速是影响木榫旋转焊接性能重要参数。在焊接过程化学组分的变化中,着重阐释了木素分解产生的游离酚以及糖类热解产物是粘结性能良好的主要原因,说明耐水性的由来和焊接产生的气体组分。对焊接理论模型的研究较少,尚未获得准确率较高的模型。最后,结合木材焊接技术的优、缺点及研究现状,提出其在现代木结构建筑中替代钉连接,以及古建加固和修复、名贵木材的无胶连接等方面的应用设想。     

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。     

木材摩擦焊接技术的研究进展

木材摩擦焊接是一种具有发展前景的无胶胶合技术,为深化对木材焊接技术的认识,介绍了木材摩擦焊接技术的研究进展,探讨了焊接技术的发展方向。介绍了焊接原理、焊接效果、焊接影响因素及焊接性能改善的研究现状,讨论了摩擦焊接过程中温度与时间的函数模型,综述了焊接理论的有限元模型及焊接接头破坏机制的研究,结合木材焊接的特点及研究现状,提出了未来研究的设想。结果表明,除了木材种类、纹理方向、含水率及添加剂等共同影响因素外,对于不同的焊接方式,焊接效果的影响因素不尽相同,线性摩擦焊接的主要影响因素有施加压力、焊接频率和振幅、焊接时间、保压压力及保压时间等,旋转摩擦焊接的主要影响因素有木榫旋转速率、给进角度与速率、圆木榫直径与预留钻孔孔径的比值等。焊接界面的部分材料在水中会发生溶解,防水性能的缺陷限制了摩擦焊接技术在室外构件中的应用,焊接前的预处理能有效提高耐水性,部分添加剂的使用能起到改善焊接性能的作用。焊接传热模型有助于了解焊接过程发生的物理化学变化,有限元模型有助于从力学角度分析焊接构件的破坏机制。木材焊接技术可能向着结构构件工业化生产的方向发展,深入了解焊接构件的破坏机制、通过成熟工艺改善焊接效果、制造出便于工业化生产的焊接设备将会是未来研究的重点。     

高性能水泥复合砂浆与混凝土粘结性能钻芯拉拔试验研究

研究了高性能水泥复合砂浆与混凝土之间的粘结性能.通过钻芯拉拔试验,研究既有构件混凝土强度等级、界面剂、高性能复合砂浆强度等级3种因素对高性能水泥复合砂浆与混凝土之间粘结性能的影响.钻拉试验破坏发生在原有修补界面,粘结界面的钻拉强度随着既有混凝土构件的强度等级和砂浆强度等级的提高而提高,随着不同界面剂的使用而不同.分析表明:既有混凝土构件的强度等级对界面粘结性能影响极不显著,高性能复合砂浆强度等级影响高度显著,界面剂因素影响更加显著.     

沙棘根系固土力学特性对其平茬复壮的响应

为考察平茬措施对根系力学特性的影响，以内蒙古干旱半干旱地区水土保持先锋灌木沙棘（Hippophae rhamnoides）根系为研究对象，使用TY-8000拉力机，进行单根极限拉伸试验和根土界面拉拔摩阻试验，并分析平茬对沙棘根系固土力学特性的影响。试验结果显示，在测试根径为0~5 mm时，平茬和未平茬条件下，沙棘单根极限抗拉力、抗阻拉力均与直径呈幂函数正相关；单根极限抗拉强度、根-土界面拉拔抗剪强度均与直径呈幂函数负相关。在代表根径级0.5~1.5 mm，沙棘平茬较未平茬平均单根极限抗拉力值提高31%；平均单根极限抗拉强度提高37%；平均拉拔抗剪强度提高30%。研究结果表明，直径对沙棘根系抗拉强度和抗剪强度均有影响，且沙棘经平茬处理后，抗拉特性和抗剪特性均有所提高。     

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。     

P(MAA-co-BA)对PVC-木粉复合材料性能的影响

为改善亲油性的PVC基体与亲水性木粉之间的相容性,用甲基丙烯酸与丙烯酸丁酯共聚物(P(MAA-co-BA))作为PVC-木粉复合材料的相容剂,研究相容剂的用量及木粉的碱预处理对PVC-木粉复合体系性能的影响,并通过FTIR、接触角、DSC、SEM等手段来表征。FTIR表明:改性后木粉与P(MAA-co-BA)发生了化学键合。接触角分析表明:改性后木粉与PVC界面张力下降;P(MAA-co-BA)有利于木粉与PVC界面的改善和相容性的提高,适量的P(MAA-co-BA)可以提高复合材料的力学性能,过量反而降低力学性能;当P(MAA-co-BA)用量为木粉用量的10%时,复合材料的拉伸强度提高了70.9%,冲击强度提高了64.7%;木粉经碱预处理后再用相容剂处理能进一步提高PVC-木粉复合材料的力学性能。DSC表明:改性后木粉与PVC相容性提高。SEM表明:木粉改性后,既改善了在PVC基体中的分散性,又提高了两者的相容性。     

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。      

胶合竹植筋深度及直径对抗拔性能的影响

采用胶合竹梁、双组份环氧树脂胶黏剂,不同直径和长度的公制螺纹杆,进行胶合竹顺纹双端植筋拉伸试件制备及测试,初步分析研究了植入深度和植筋杆直径2个因素对胶合植筋强度和破坏模式的影响。抗拉试验破坏模式主要为植筋杆的拔出破坏和螺纹杆的韧性断裂破坏2种模式,其中植筋杆的拔出破坏位于胶合竹/胶黏剂界面;胶合竹顺纹双端植筋的破坏载荷及名义剪切强度随螺纹杆直径和植入深度增加而增大;胶合竹基材较胶合木基材渗透性差,植筋杆受力不能很好地传递到竹材内部,是影响抗拔载荷主要因素之一。     

低温等离子体预处理对混杂纤维复合材料性能的影响

为了提高纤维与基体不饱和聚酯界面的结合强度,利用低温等离子体技术对纤维表面进行预处理,探讨了低温等离子体预处理对混杂纤维(亚麻纤维与玄武岩纤维)复合材料性能的影响.SEM分析表明,改性后的玄武岩纤维、亚麻纤维表面与基体界面之间的结合强度增大.FTIR分析表明,低温等离子体预处理产生的-C-OH、-C-O、-COOH和-COO-含氧基团提高了纤维与基体之间界面的结合强度.力学测试试验结果表明,PB/F、PB/PF和B/PF的弯曲和冲击性能明显提高,B/PF的弯曲强度比未处理的B/F提高40.5%,PB/PF、B/PF的冲击韧性比B/F提高116%.混杂纤维复合材料表现出较好的弯曲和冲击性能.     

微型指榫角部接合与圆榫及直角榫接合性能比较

通过试验，对微型指榫角部接合与圆榫及直角榫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（圆榫接合弯曲强度效率为０．３）。     

纤维编织网增强水泥基复合材料粘结性能研究

纤维编织网与水泥基材料之间的粘结强度决定二者能否协调工作,进而影响纤维编织网水泥基复合材料的力学性能。本研究针对该复合材料进行了拉拔试验,并利用ABAQUS模拟其拉拔行为,描述试件及纤维在拉拔过程中的应力分布,探讨纤维束埋置长度、水泥基体强度和自密实性以及纬向纤维束对其粘结性能的影响。研究表明:模拟结果与试验数据吻合良好。极限拉拔力随纤维束埋长的增加而增大;提高基体强度和自密实性有利于改善纤维编织网与水泥基材料之间的粘结性能;在埋长区设置纬向纤维有利于发挥经、纬向纤维的协同作用,在一定程度上提高极限拉拔力。     

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）。     

嫩江沙地4种针叶树光合特性及生态适应性特征

2007年对嫩江沙地4种针叶树(红皮云杉、长白松、长白落叶松、樟子松)进行了盆栽模拟试验,采用Li-6400便携式光合测定系统对其主要光合参数进行了观测分析。结果表明:在0～1800μmol·m-2·s-1光照强度范围内,4种针叶树蒸腾速率与气孔导度平均值大小位次一致,为樟子松长白松红皮云杉长白落叶松;平均光合速率及水分利用效率位次相同,为红皮云杉长白松樟子松长白落叶松。说明樟子松和长白松较红皮云杉和长白落叶松蒸腾耗水性大,属耗水类型,红皮云杉与长白落叶松属节水类型,且红皮云杉水分利用效率高于长白落叶松。