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。     

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。     

圆棒榫与刨花板接合抗拉强度的研究

本报告探讨了圆棒榫与不同物理力学性能的A类刨花板,通过分别采用PVAC、UF和混合胶胶粘剂接合,对抗拉强度的影响。结果表明：圆棒榫接合抗拉强度,随刨花板密度及静曲强度的增大而增大,影响程度,UF胶＞混合胶＞PVAC胶;随刨花板吸水厚度膨胀的增大而减少,影响程度,混合胶＞UF胶＞PVAC胶。     

圆竹填充节点抗拔性能研究

为高效、合理利用竹材资源,充分发挥圆竹优良的力学特性,针对因圆竹中空而造成的接合不便及强度不高问题,提出了用硬质木材局部填充圆竹内腔,提高圆竹构件间连接的可行性及强度。探讨了榉木直径、榉木与圆竹内腔间隙量、填充剂、填充剂木纤维添加量对圆竹节点抗拔力的影响。结果表明:1)当榉木直径接近圆竹内腔直径时节点的抗拔力较大,榉木与圆竹内壁间隙量过小或过大都会导致抗拔力下降,当间隙在1.5～3.5 mm时,抗拔力较高;2)石膏与脲醛树脂填充剂相比,后者的抗拔力明显高于前者;3)添加5%木纤维脲醛树脂填充剂节点的抗拔强度高于添加0%、10%木纤维的节点。研究结果可为圆竹家具设计提供理论依据。     

重组竹家具椭圆榫接合性能研究

通过试验探讨重组竹家具椭圆榫接合性能的影响因素,研究榫头宽度方向与厚度方向的配合尺寸对抗拉强度的影响,以及榫头宽度对椭圆榫抗弯矩强度的影响,得出重组竹椭圆榫接合强度的变化规律;并通过比较表明,重组竹椭圆榫的抗弯矩强度要远高于普通实木椭圆榫。     

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。     

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...     

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。     

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。     

木结构燕尾榫节点应力分析研究

以古建筑中燕尾榫节点为研究对象,依照《营造法式》“材分制”标准,设计三个不同模型比例的二等材燕尾榫节点和一个三等材燕尾榫节点,基于ABAQUS对其进行单调加载与低周循环加载模拟试验,得到燕尾榫节点的拔榫量转角关系与应力状态。试验结果表明:节点模型比例越大拔榫量越大,且同模型比例下二等材较三等材拔榫量更大;模拟中榫头顺纹方向、剪应力均未超过应力极限,而横纹径向除节点YS-3外均达到屈服,进入弱强化段;榫头等效塑性应变(PEEQ)值呈线性增长,在榫头端部的PEEQ值最小,榫颈处PEEQ值达到最大。     

基于拆装式结构的实木家具契合榫接合方式分析

笔者以实木家具中拆装式榫接合结构为研究对象,将榫接合形式分为整体式榫接合、插入式榫接合,并结合对相关结构案例的分析,将现行的拆装榫接合方法归纳为搭接式、插接式、自锁式、挤压式、拼接式、栓锁式6种形式。在此基础上提出榫卯现代化改良设计原则,以期为现代化家具设计与生产提供新的思路。     

胶合竹植筋节点抗拔性能影响因素

胶合竹家具,如落地衣架和落地灯,存在着主杆节点的强度不足和美观度不佳等问题。植筋连接技术被广泛认为可以显著提升竹木构件节点的抗拔性能,而且由于其内置的特性,不会影响外形美观。尽管胶合竹植筋连接技术在建筑领域的方形梁柱节点中得到了广泛应用,但本研究旨在将这一技术应用于产品领域的胶合竹家具圆杆节点。在改变胶合竹植筋节点的形状后,需要通过试验分析来确定各项合理化设计参数,以提升节点的抗拔性能。选取胶合竹植筋圆杆为研究对象,以植筋边距、胶层厚度、植筋长径比等因素为研究变量。采用拉-拉模式进行抗拔性能试验,记录试件破坏模式和节点极限荷载。在试验过程中,出现胶合竹劈裂破坏、植筋拔出破坏和植筋屈服破坏3种破坏模式。研究结果表明：为防止胶合竹劈裂破坏,胶合竹与植筋直径之比应不小于8;节点极限荷载受胶层厚度影响显著,但胶层厚度不宜过大,当植筋直径为4 mm时,胶层厚度可设置为1.0～1.5 mm;节点极限荷载随着植筋长径比增加而提高,对于直径为4和8 mm的植筋杆,屈服破坏的临界植筋长径比均可取为15。基于试验结果,本研究提出了胶合竹植筋节点极限荷载预测方程,计算值与试验值较为接近。     

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。     

圆榫与稻秸秆板的接合性能分析

稻秸秆板是一种新型绿色家具板材,同圆榫的接合参数与中密度纤维板和刨花板存在较大的差异。从板材的结构、密度、内结合强度及静曲强度出发,分析了刨花板与3种稻秸秆板在不同预导孔配合参数下对接合强度的影响,得出了不同板材的最佳配合参数。试验还发现,稻秸秆板密度越大对极限抗拔力越有利;在白乳胶的辅助作用下,基材颗粒的特性对极限抗拔力影响也非常明显。     

倾斜角度对木榫旋转焊接节点抗剪性能的影响

为给木榫旋转焊接技术在无胶组合木梁中的应用提供设计参考和理论依据,研究木榫旋转焊接组合梁中木榫的抗剪性能.选用山毛榉(Fagus sylvatica)木榫旋转焊接SPF(Spruce-Pine-Fir)基材,设计木榫垂直焊接和倾斜焊接,共3组试件,每组各制备50个,进行单剪试验,获得其破坏模式及荷载-位移曲线.试件的木...     

木榫旋转焊接抗拉拔力的影响因素响应曲面分析

选用樟子松为木榫旋转焊接材料,以进给速度、转速、榫径/孔径比为试验因子进行三因素三水平的响应曲面试验,并建立了抗拉拔力与影响因素的数学模型。结果表明:单因素试验影响显著性排序为榫径/孔径比转速进给速度,结合响应面与等高线图,交互因素影响显著性水平为不显著。通过数学模型优化工艺参数组合,在进给速度为16 mm/s、转速为3 000 r/min、榫径/基材孔径比为12/8时,得到最大抗拉拔力2 197.4 N。     

实木家具T形构件抗拔力的数值仿真

利用Abaqus有限元分析软件平台,以家具中典型的直角榫接合T形构件为例,建立了一套针对榫接合实木家具抗拔力分析的有限元数值计算模型。对T形构件进行了抗拔力的数值模拟,并用库伦摩擦定律进行了理论分析。结果表明模型的计算结果与理论分析结果具有一致性,从而证明此数值计算模型可以用于模拟实木家具节点力学行为,并为进一步研究整体家具结构力学的数值分析打下基础,为名贵家具结构力学性质的无损检测以及结构设计提供方法。     

穿斗式木结构直榫边节点承载性能试验研究

以传统民居穿斗式木结构直榫边节点为研究对象,分析节点承载机制,并设计制作3套杉木结构直榫边节点足尺试件(对照组1套、扒钉加固1套、角钢加固1套),进行低周往复加载试验。研究结果表明:直榫边节点破坏模式主要表现为节点木材横纹压屈变形和节点拔榫,滞回曲线轮廓均呈反“Z”形状,且呈现较明显的捏缩现象。与未加固节点相比,加固节点的承载性能均有所提高;扒钉加固节点在扒钉脱落失效前提高了节点刚度、累积耗能及变形能力,角钢加固节点在穿枋断裂前显著提高了节点刚度、累积耗能及变形能力。     

典型直榫梁柱节点在现代木结构中的应用研究

基于Abaqus有限元分析,对不同榫长的实木榫卯连接梁柱节点和榫长为75 mm的不同层数的正交胶合木(CLT)榫卯连接梁柱节点进行数值模拟,分析其受力状态并提取荷载-位移曲线,与使用金属连接件连接的梁柱节点承载力进行对比,探究将榫卯连接应用在现代木结构中的理论依据。研究表明:竖向荷载作用下,榫长75 mm的榫卯连接梁柱节点承载能力处于M8和M10螺栓连接梁柱节点的理论承载力之间;当榫长增大时,节点的最大承载力逐渐提高,榫长150 mm的榫卯节点承载力已经略微超过M12螺栓连接时的理论承载强度,说明榫卯连接梁柱节点在承载能力上可以满足现代木结构建筑的使用要求。由于榫卯节点的承载力主要受到顺纹抗压强度的影响,因此相比于实木连接榫卯节点,CLT榫卯节点的承载力无显著提高。