圆竹家具拆装式节点结构设计及力学特性研究

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kms2007
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我国的竹材资源丰富,竹子成材周期短,是一种可持续利用的生物质资源。圆竹家具自古深受消费者青睐,但是,由于传统的圆竹家具依赖手工制造,都为固定式结构,与现代生产和销售方式不相适应。竹子在生长过程中形成了独特空心构造,是一种材料用量少和力学性能好的天然材料。本研究以充分发挥圆竹材料的优势,力求解决圆竹家具接合点的拆装问题为目标,在对圆竹家具进行市场调研和分析的基础上,借鉴其他领域的智慧,提出了圆竹空腔局部填充的方法,并对圆竹家具接合点的结构进行开发设计,进而从静力学和动态力学两个方面,对圆竹家具接合点的力学性能进行了考察。取得的研究成果总结如下:(1)以发挥圆竹固有力学性能优势、接合牢固、便于拆装、接合具有互换性、生产效率高、美观等六个方面为设计准则。提出了用实木芯加填料的方法将圆竹空腔实心化,并考虑实际应用中会随机形成深度不同的圆竹空腔这一特点,提出了竹节内全填充法、托盘架空填充法、辅料衬底填充法等三种圆竹腔局部填充方法。提出了螺杆-带外牙螺母连接、螺杆-T形螺母连接、螺杆-圆柱螺母连接、T形螺母-尖尾自攻螺丝连接等四个圆竹家具拆装式节点设计方案。(2)实木芯与圆竹内腔量间隙过小或过大都会造成抗拔强度的下降,当间隙量在2-4mm范围内时,抗拔强度较高;采用脲醛树脂填充剂时,实木芯与圆竹内壁面的接合强度明显高于石膏填充剂。且在脲醛树脂填充剂中,添加5%木屑能进一步增加实木芯与圆竹内壁面的接合强度。(3)螺杆-T形螺母连接T形节点的平均抗拔强度、平均破坏弯矩、抗弯刚度分别为1311N、32.6N·m、6667.3kN·mm~2,与螺杆-圆柱螺母连接、T形螺母-尖尾自攻螺丝连接、螺杆-带外牙螺母连接的上述三个力学指标比较,分别提高了21.9%、36.3%、186.2%;9.4%、10.1%、10.9%;13.9%、19.4%、39.3%。(4)拆装式接合点的拆装次数在10次以内时,对节点的抗拔强度基本无影响;当拆装次数在15次以上后,抗拔强度明显下降;在1000次循环加载后,节点并未见断裂,在40%、60%、80%载荷水平下,非拆装节点比拆装节点的观测点高度下降均值分别增加了96.3%、80%、75.5%,相比之下可拆装的螺杆-T形螺母连接节点表现出了较好耐久性能。
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