• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      榫接合尺寸對(duì)重組竹家具角部T型構(gòu)件力學(xué)性能的影響

      2019-09-12 06:44:14劉學(xué)莘曾欽志
      竹子學(xué)報(bào) 2019年1期
      關(guān)鍵詞:榫頭中線力學(xué)

      劉學(xué)莘,胡 哲,2,趙 喆,曾欽志

      (1.福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院,福建 福州350002;2.中南林業(yè)科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙410004)

      “以竹代木”是木質(zhì)材料的發(fā)展趨勢(shì),重組竹以其強(qiáng)度高、性價(jià)比好等優(yōu)勢(shì)正逐漸被相關(guān)企業(yè)和消費(fèi)者重視。目前,福建、浙江、廣東等諸多企業(yè)已利用結(jié)合方式制造仿紅木家具、建筑構(gòu)件等,這些產(chǎn)品不僅強(qiáng)度穩(wěn)定,且顯得古香古色,美感十足,滿足消費(fèi)者的心理需求[1-3]。重組竹是的基本構(gòu)成單元是縱向排布的竹絲束,每根竹絲都是由竹節(jié)和節(jié)間組成,竹絲節(jié)間細(xì)胞都是軸向細(xì)胞,沒有木材中的橫向射線細(xì)胞,可見重組竹與木材的構(gòu)造是有很大差別的[4],因此按照傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理去設(shè)計(jì)重組竹材料制品儼然不夠科學(xué)。為此,筆者曾對(duì)重組竹材料板式結(jié)構(gòu)的角接合強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試分析,研究表明重組竹材料的自身強(qiáng)度遠(yuǎn)大于“三合一”等連接件的強(qiáng)度[5-6]。因此,如何發(fā)揮重組竹材料自身“高強(qiáng)度”的特征,來設(shè)計(jì)制造榫卯結(jié)構(gòu)產(chǎn)品已成為重組竹材料制品研究與開發(fā)的又一關(guān)鍵問題[7-8]。張仲鳳等[9]認(rèn)為木制品榫卯結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要受到榫頭厚度、榫頭長(zhǎng)度和榫眼中線位置等因素影響,高萃等[10-11]建立了竹家具力學(xué)性能表征模型,這些研究均為研究的開展提供了有力基礎(chǔ)。本論文以當(dāng)前重組竹家具制品中最常見的T型角結(jié)構(gòu)為切入點(diǎn),將重組竹方材加工成榫卯結(jié)構(gòu),測(cè)定分析榫頭厚度、榫頭長(zhǎng)度和榫眼中線位置對(duì)其力學(xué)強(qiáng)度的影響規(guī)律,以期豐富重組竹材料家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本理論,為竹質(zhì)家具生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)提供理論指導(dǎo)。

      1 材料與方法

      1.1 試驗(yàn)材料

      重組竹方材(A規(guī)格:40 mm×40 mm×200 mm)和(B規(guī)格:30 mm×30 mm×200 mm),來自福建省三明市永林竹業(yè),基材未經(jīng)過熱處理,含水率7%,密度1.1~1.6 g·cm-3,抗彎彈性模量為11 000~12 500 MPa。

      1.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

      MJ6132B型精密推臺(tái)鋸(佛山市順德區(qū)新馬木工機(jī)械設(shè)備有限公司);MD2108B型單頭直榫開榫機(jī)(佛山市順德區(qū)新馬木工機(jī)械設(shè)備有限公司);MS362型立式單軸榫槽機(jī)(佛山市順德區(qū)新馬木工機(jī)械設(shè)備有限公司,8 mm、10 mm、12 mm方孔鉆為設(shè)備原裝,15 mm、20 mm方孔鉆為委托廈門德力數(shù)控刀具廠定制加工);CMT5504型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)(深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司)以及干燥箱、單反相機(jī)、放大鏡、游標(biāo)卡尺、直尺等。

      1.3 試驗(yàn)方法

      為測(cè)試榫接合尺寸對(duì)重組竹T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度的影響,本文以破壞彎矩作為衡量力學(xué)強(qiáng)度的指標(biāo),破壞彎矩越高代表榫頭、榫眼接點(diǎn)部位的力學(xué)強(qiáng)度越大。破壞彎矩計(jì)算采用如下公式[9-10](黃圣游2013;高萃2017):

      其中:M為破壞彎矩(N·m);P為破壞荷載(N);L為施力點(diǎn)至接合點(diǎn)的距離(m)。研究測(cè)試方案如下圖1所示。L為150 mm,加載速度為3 mm·min-1。

      圖1 重組竹T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試方案Fig.1 Scheme of mechanical strength test of the T-type recombinant bamboo material

      圖2 榫頭、榫眼加工精度測(cè)試方法Fig.2 Test method for accuracy of tenon and mortise

      加工試件尺寸必須精確,要求所有零件的尺寸精度控制在0.1 mm之內(nèi),忽略配合公差對(duì)試件力學(xué)強(qiáng)度的影響。試件加工精度的測(cè)試方法如圖2所示,在榫頭寬度方向、榫頭厚度方向與榫眼高度方向、榫眼寬度方向各取2個(gè)點(diǎn),用游標(biāo)卡尺測(cè)量其尺寸并記錄,求相同試件相同方向2點(diǎn)所測(cè)數(shù)據(jù)的平均值,若其加工尺寸與設(shè)計(jì)尺寸的偏差大于0.1 mm則作為廢品,重新制作試件。

      研究通過單因素對(duì)比試驗(yàn),分析榫頭厚度、榫頭長(zhǎng)度和榫眼中線位置對(duì)其力學(xué)強(qiáng)度的影響情況,具體試驗(yàn)方案如下:

      (1)以榫頭厚度h為變量。如圖3所示,榫頭為明榫,長(zhǎng)度固定為30 mm,榫頭、榫眼中線位于試件中部。將A規(guī)格方材榫頭厚度h設(shè)計(jì)為8 mm、10 mm、12 mm、15 mm、20 mm 5組,榫眼尺寸與榫頭一致,裝配成T型構(gòu)件。將構(gòu)件置于CMT5504萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn),重復(fù)試驗(yàn)5次。

      (2)以榫頭長(zhǎng)度l為變量。如圖4所示,榫頭厚度固定為12 mm,榫頭、榫眼中線位于試件中部。將A規(guī)格方材榫頭長(zhǎng)度l設(shè)計(jì)為20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm 5組;B規(guī)格方材榫頭長(zhǎng)度l設(shè)計(jì)為10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm 5組,榫眼尺寸與榫頭一致,裝配成T型構(gòu)件。將構(gòu)件置于CMT5504萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn),重復(fù)試驗(yàn)5次。

      以榫眼中線位置s為變量。如圖5所示,A規(guī)格方材加工榫頭、榫眼,榫頭長(zhǎng)度為30 mm,厚度為8 mm,明榫。s表示榫眼中線位置距離方材左側(cè)邊(基準(zhǔn)邊)的距離,考慮T型構(gòu)件的夾皮一般不能過薄,因此僅將其設(shè)計(jì)為10 mm、15 mm 2組。榫頭與榫眼尺寸一致,裝配成T型構(gòu)件,構(gòu)件置于CMT5504萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn),重復(fù)試驗(yàn)5次。

      對(duì)測(cè)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,連續(xù)性變量采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)描述,采用一般線性模型對(duì)榫頭厚度、榫頭長(zhǎng)度和榫眼中線位置對(duì)T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度的影響分別進(jìn)行檢驗(yàn)。利用標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)比較榫頭厚度、榫頭長(zhǎng)度和榫眼中線位置對(duì)T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度影響的重要程度。采用SPSS 21.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,準(zhǔn)確指數(shù)P<0.05認(rèn)為數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

      圖3 以榫頭厚度為變量的榫接合尺寸設(shè)計(jì)Fig.3 Design of tenon joint size with tenon thickness as variable

      圖4 以榫頭長(zhǎng)度為變量的榫接合尺寸設(shè)計(jì)Fig.4 Design of tenon joint size with tenon length as variable

      2 結(jié)果與分析

      2.1 榫頭厚度尺寸對(duì)重組竹T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度的影響

      榫頭厚度尺寸對(duì)重組竹T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度的影響表1所示。利用一般線性模型對(duì)榫頭厚度的檢驗(yàn)結(jié)果如表2-2所示,榫頭厚度的變化對(duì)力學(xué)強(qiáng)度的影響有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=31.090,P<0.05)。

      圖5 以榫眼中線位置為變量的榫接合尺寸設(shè)計(jì)Fig.5 Design of tenon joint size with mid-line position of mortise as variable

      表1 榫頭厚度尺寸對(duì)重組竹T型構(gòu)件彎矩的影響Tab.1 Effect of tenon thickness on mechanical strength of T-type recombinant bamboo material

      表2 主體間效應(yīng)的檢驗(yàn)aTab.2 Inter-subjective test a

      由以上圖表可知,榫頭的厚度在10 mm和12 mm時(shí)測(cè)試結(jié)果最為穩(wěn)定,榫頭厚度偏小或偏大時(shí)其力學(xué)強(qiáng)度結(jié)果均離散性較大。榫頭厚度由8 mm增加到10 mm時(shí),構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度增加41.79%,榫頭厚度由10 mm增加至12 mm時(shí)力學(xué)強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果趨于平緩,增幅僅為0.84%,榫頭厚度增至15 mm和20 mm時(shí),力學(xué)強(qiáng)度呈線性增加,增幅分別為3.19%和7.27%。隨著榫頭厚度尺寸的增加,T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度隨之增大,但其力學(xué)強(qiáng)度穩(wěn)定性下降。

      力學(xué)測(cè)試后將T型構(gòu)件用橡皮錘輕輕敲開,靜置24 h后觀測(cè)其破壞形式。如圖7榫頭厚度為10 mm以上時(shí),構(gòu)件破壞形式全部為榫頭局部破壞,即榫頭斷裂點(diǎn)在榫頭中部,榫頭破壞后沒有和工件完全分離,仍保持T型狀態(tài);榫頭厚度為8 mm時(shí),破壞形式多數(shù)如圖7所示,僅2個(gè)試件出現(xiàn)圖8榫頭根部斷裂的形式。造成這種現(xiàn)象的原因可能有二:一是由于材料自身因素,在制造重組竹材料時(shí)浸膠量不均勻、竹束生長(zhǎng)年齡不同或受竹節(jié)等影響導(dǎo)致其局部密度不均衡,從而使材料局部強(qiáng)度偏低;二是8 mm厚度榫頭偏小,導(dǎo)致剛度不足。

      圖7 榫頭局部撕裂Fig.7 Tenon partial torn

      圖8 榫頭根部斷裂Fig.8 The broken root of the tenon

      2.2 榫頭長(zhǎng)度尺寸對(duì)重組竹T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度的影響

      榫頭長(zhǎng)度尺寸對(duì)重組竹T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度的影響如表3和圖9所示。在研究榫頭長(zhǎng)度對(duì)強(qiáng)度的影響時(shí),同時(shí)納入斷面尺寸作為考量因素。利用一般線性模型對(duì)榫頭長(zhǎng)度的檢驗(yàn)結(jié)果如表4所示,斷面尺寸對(duì)力學(xué)強(qiáng)度的影響沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=2.263,P=0.139),榫頭長(zhǎng)度的變化對(duì)力學(xué)強(qiáng)度的影響有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=303.135,P<0.05)。

      由以上圖表可知,斷面為30 mm×30 mm的T型構(gòu)件,隨著榫頭長(zhǎng)度的增加,力學(xué)強(qiáng)度顯著提高,且穩(wěn)定性保持良好;斷面為40 mm×40 mm的T型構(gòu)件,隨著榫頭長(zhǎng)度的增加,其力學(xué)強(qiáng)度在初始階段不斷提升,增幅在30%以上,當(dāng)榫頭的長(zhǎng)度達(dá)到35 mm時(shí),力學(xué)強(qiáng)度增幅降低,僅為5.09%,當(dāng)榫頭長(zhǎng)度達(dá)到40 mm時(shí),力學(xué)強(qiáng)度反而下降2.3%。

      力學(xué)測(cè)試后將T型構(gòu)件用橡皮錘輕輕敲開,靜置24 h后觀測(cè)其破壞形式。當(dāng)榫長(zhǎng)為10~15 mm時(shí),在較小的外力作用下榫頭被完全脫出且完好無損,榫眼的上端部被擠壓發(fā)生一定形變,如圖10。榫頭越長(zhǎng)與榫眼的接觸面積越大,抵抗外力破壞的能力越強(qiáng),構(gòu)件的力學(xué)強(qiáng)度越大。當(dāng)榫長(zhǎng)為20~25 mm時(shí),在試件加載過程中,榫頭亦被脫出,由于榫頭在脫出過程中受較大的壓力和摩擦力作用,導(dǎo)致重組竹束發(fā)生斷裂,使一部分榫頭保留在榫眼中,這說明此時(shí)外力已經(jīng)大于重組竹材料的內(nèi)聚力,如圖11。當(dāng)榫長(zhǎng)達(dá)到30~35 mm時(shí),由于榫頭較長(zhǎng),多數(shù)榫頭未被脫出,T型構(gòu)件外表完好,分離后發(fā)現(xiàn)其破壞形式如圖7所示。當(dāng)榫長(zhǎng)達(dá)到40 mm時(shí),破壞形式如圖12所示,多數(shù)為榫頭的根部發(fā)生斷裂,這是由于榫頭過長(zhǎng)力臂增大所致。另外,在外彎矩達(dá)到260N·m以上時(shí),榫眼均發(fā)生被壓潰的現(xiàn)象,如圖13所示。在榫頭長(zhǎng)度為30 mm以上時(shí)均有此現(xiàn)象發(fā)生,此時(shí)T型構(gòu)件受力達(dá)到最大。

      表3 榫頭長(zhǎng)度尺寸對(duì)重組竹T型構(gòu)件彎矩的影響Tab.3 Effect of tenon length on mechanical strength of the T-type recombinant bamboo material

      表4 主體間效應(yīng)的檢驗(yàn)aTab.4 Inter-subjective test a

      圖10 榫眼上端被擠壓Fig.10 The squeezed top of the mortise

      圖11 榫頭局部破壞Fig.11 A partial destroyed tenon

      圖12 榫頭根部斷裂Fig.12 The root fracture of the tenon

      圖13 榫眼被壓潰Fig.13 The crushed mortise

      2.3 榫眼中線位置對(duì)重組竹T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度的影響

      榫眼中線位置對(duì)重組竹T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度的影響如表5所示。當(dāng)s值為15 mm時(shí),榫眼的中線位置恰好為A規(guī)格方材的幾何中線,此時(shí)構(gòu)件結(jié)構(gòu)最為對(duì)稱、受力均衡,力學(xué)強(qiáng)度相對(duì)較大,測(cè)試結(jié)果較為穩(wěn)定;當(dāng)s值為10 mm時(shí),榫眼的中線位置偏離A規(guī)格方材幾何中線,夾皮厚度為6 mm,此時(shí)構(gòu)件的力學(xué)強(qiáng)度稍有下降。利用一般線性模型對(duì)榫眼中線位置的檢驗(yàn)結(jié)果如表6所示,F(xiàn)=4.071,P<0.065,沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,即尚不能認(rèn)為榫眼中線位置的變化對(duì)T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度有影響。

      表5 榫眼中線位置對(duì)重組竹T型構(gòu)件彎矩的影響Tab.5 Effect of mid-line position of mortise on mechanical strength of the T-type recombinant bamboo material

      表6 主體間效應(yīng)的檢驗(yàn)aTab.6 Inter-subjective testa

      為比較厚度、長(zhǎng)度和中線位置對(duì)強(qiáng)度影響的大小,試驗(yàn)利用線性回歸模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,因變量為力學(xué)強(qiáng)度(彎矩M),自變量為榫頭厚度h,榫頭長(zhǎng)度l和榫眼中線位置s。模型信息如表7和表8所示,可見模型有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=179.489,P<0.001),且決定系數(shù)R2=0.869,模型擬合較好。

      根據(jù)表9可知,榫頭厚度的系數(shù)為8.758(P<0.001),榫頭長(zhǎng)度的系數(shù)為8.854(P<0.001),榫眼中線位置的系數(shù)為-3.048(P=0.021),截距為-100.238(P<0.001),由此可以得出以下回歸方程:

      為比較3者的重要程度,由表9可知榫頭厚度、榫頭長(zhǎng)度和榫眼中線位置的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)分別為0.346,0.917和-0.105,因此可以得出這三者對(duì)強(qiáng)度的影響大小由大到小分別是:榫頭長(zhǎng)度>榫頭厚度>榫眼中線位置。

      表7 模型匯總Tab.7 Model summary

      表8 方差分析aTab.8 Anovaa

      表9 系數(shù)aTab.9 Modulusa

      3 結(jié)論與展望

      榫接合尺寸對(duì)重組竹T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度具有影響,其重要程度依次為:榫頭長(zhǎng)度>榫頭厚度>榫眼中線位置,3個(gè)因素對(duì)重組竹T型構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度影響的回歸方程為:M=8.758×h+8.854×l-3.048×s-100.238。

      在對(duì)重組竹產(chǎn)品進(jìn)行榫卯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)優(yōu)先考慮榫頭長(zhǎng)度,榫頭越長(zhǎng)力學(xué)強(qiáng)度越大,建議榫頭長(zhǎng)度以30~35 mm為宜。當(dāng)榫頭長(zhǎng)度超過35 mm之后,構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度反而下降。因此,當(dāng)方材斷面尺寸大于30 mm×30 mm時(shí),可采用暗榫結(jié)構(gòu)。

      單榫榫頭厚度以10~12 mm為宜,這與木家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論基本一致。在榫頭厚度達(dá)到20 mm時(shí),T性構(gòu)件抗彎性能穩(wěn)定性下降,且榫眼夾皮變小,對(duì)構(gòu)件的徑向強(qiáng)度產(chǎn)生不良影響。另外,加工15 mm,20 mm寬的榫眼需要特制方孔鑿,不利于產(chǎn)品零件的互換性。因此,當(dāng)方材斷面尺寸大于40 mm×40 mm時(shí),可采用雙榫或多榫結(jié)構(gòu),單個(gè)榫厚度仍為10~12 mm為宜,以便于加工。

      從本試驗(yàn)看盡管榫眼的中線位置對(duì)構(gòu)件力學(xué)強(qiáng)度產(chǎn)生的影響不大,但在實(shí)際設(shè)計(jì)中如采用單榫結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能使榫眼的中線與方材的中線位置一致以保證工件在徑向、軸向受力均衡。值得注意的是本研究?jī)H討論了榫眼中線位置為15 mm和10 mm兩種可能,對(duì)榫眼中線位置s值減少至8 mm,6 mm測(cè)試結(jié)果又將如何?當(dāng)采用雙榫結(jié)構(gòu)時(shí),榫眼的中線位置又該如何設(shè)計(jì)?這些問題仍有待于進(jìn)一步探討。

      猜你喜歡
      榫頭中線力學(xué)
      一個(gè)涉及三角形中線不等式的再探討
      力學(xué)
      斜邊中線添加方法初探
      淺談齒距差異對(duì)榫齒載荷分配的影響
      弟子規(guī)·余力學(xué)文(十)
      弟子規(guī)·余力學(xué)文(四)
      渦輪葉片榫頭側(cè)邊圓角陣列加工工藝研究*
      課本內(nèi)外
      ——書寫要點(diǎn)(三)
      發(fā)動(dòng)機(jī)低壓Ⅰ級(jí)渦輪葉片榫頭斷裂分析與預(yù)防
      課本內(nèi)外
      天津市| 汕尾市| 宝鸡市| 昌黎县| 康保县| 阜新市| 白山市| 青川县| 西丰县| 福安市| 彰化县| 句容市| 光泽县| 淄博市| 怀柔区| 亳州市| 信阳市| 宝清县| 高碑店市| 运城市| 清流县| 丹阳市| 海城市| 蛟河市| 连南| 安国市| 怀集县| 肇源县| 萝北县| 长沙县| 百色市| 宁蒗| 衡阳市| 莒南县| 吐鲁番市| 平阳县| 同德县| 青海省| 嵊泗县| 邯郸市| 蕲春县|