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梓木构件节点四合一连接件接合强度研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 梓木材性概述及其利用

1.1.2 日益受宠的实木家具

1.1.3 拆装式家具结构的特点

1.2 实木家具部件中常用的连接方式及各自特征

1.2.1 榫接合及其特征

1.2.2 胶接合及其特征

1.2.3 五金连接件接合及其特征

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国内外对榫结构接合性能的研究现状

1.3.2 实木拆装式家具结构的研究现状

1.3.3 国内外对五金连接件接合性能的研究现状

1.4 课题研究的目的和意义

1.4.1 课题研究目的

1.4.2 研究意义

1.5 课题研究的创新点

1.6 课题研究的内容

1.7 课题研究的方法

2 材料、方法及基本材性测定

2.1 试验材料

2.2 试验设备与工具

2.3 试验条件与方法

2.4 含水率测定

2.5 密度测定

2.6 抗弯弹性模量测定

2.7 抗弯强度测定

2.8 横纹全部抗压强度测定

本章小结

3 预埋螺母接合参数对梓木构件节点抗拔性能的影响研究

3.1 材料与方法

3.1.1 试验材料

3.1.2 试验设备与工具

3.1.3 试验条件与方法

3.2 各因素对梓木构件极限抗拔力的影响研究

3.2.1 引导孔孔径比对极限抗拔力的影响

3.2.2 螺纹拧入深度对极限抗拔力的影响

3.2.3 螺纹间距对极限抗拔力的影响

3.2.4 螺母直径对极限抗拔力的影响

3.3 正交优化设计

3.3.1 试验方案设计

3.3.2 试验结果整理与分析

本章小结

4 连接件的联合方式对梓木构件节点的抗弯性能影响研究

4.1 材料与方法

4.1.1 试验材料

4.1.2 试验设备

4.1.3 试验条件与方法

4.1.4 试验设计

4.2 联合方式对构件节点抗弯强度的影响研究

4.2.1 连接件居下时联合圆榫接合型构件

4.2.2 连接件居上时联合圆榫接合型构件

4.2.3 连接件居中时联合双圆榫接合型构件

4.2.4 双连接件接合型构件

4.3 试验结果综合比较

本章小结

5 梓木构件节点双连接件接合与双圆榫接合强度对比研究

5.1 材料与方法

5.1.1 试验材料

5.1.2 试验设备

5.1.3 试验条件与方法

5.1.4 试验设计

5.2 双连接件接合与双圆榫接合的强度分析

5.2.1 “T”型节点抗拔强度测定

5.2.2 “T”型、“L”型节点破坏弯矩测定

5.2.3 “T”型、“L”型节点抗弯刚度测定

5.2.4 试验结果对比分析

本章小结

结论

展望

参考文献

附录 攻读学位期间的主要学术成果

致谢

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摘要

随着社会的迅速发展与科学技术的不断进步,拆装式结构家具设计已是大势所趋,拆装式家具制品的结构强度设计因而受到了家具生产厂家以及相关研究部门的高度重视。
  作为梓木实木家具结构强度设计最为重要的内容-节点设计,其接合强度的研究成为关键,四合一连接件接合是可拆装梓木实木家具的主要接合方式之一,其节点强度的直观反映有抗拔强度、抗弯强度、抗剪强度、抗压强度、抗扭强度等。因条件有限,本文就网合一连接件连接对家具整体结构强度影响最大的抗拔强度、抗弯强度中的破坏弯矩以及抗弯刚度进行了探讨研究。
  单因素试验结果表明:当引导孔孔径比为90%、螺纹拧入深度为30mm、螺纹间距为2.5mm、螺母直径为14.5mm时,横、顺纹理接合时金属预埋螺母的极限抗力均可达最大。各因素影响下,横纹理接合时金属预埋螺母的极限抗拔力高出顺纹理接合时金属预埋螺母极限抗拔力27.0%。
  正交优化试验结果表明:各因素对金属预埋螺母在梓木构件横纹理接合时的极限抗拔强度影响效果为L>P>r>D。即:预埋螺母的螺纹拧入深度影响最明显,螺纹间距次之,引导孔孔径比再次,螺母直径影响最小;最佳因素水平为L3P2r2D3,经方差分析表明,螺纹拧入深度对试验结果影响最显著,螺母直径影响最小,结合实际装配过程的难易程度与装配效率,固优选方案定为:引导孔孔径比为90%,螺母螺纹拧入深度为20mm,螺纹间距为2.5mm,螺母直径为11.5mm。
  抗弯试验结果表明:影响梓木构件抗弯性能的连接件的4种联合方式中,双四合一连接件接合时节点抗弯性能最好,节点平均抗弯强度达1749.2N,连接件居上时联合定位圆榫次之,连接件居中时联合双定位圆榫再次,最小的是连接件居下时联合定位圆榫,平均抗弯强度只有577.6N。通过试验分析可知,“T”型直角构件的平均抗弯性能高出“L”型直角构件抗弯性能20%,进行梓木实木家具的结构形式设计时,应优先考虑“T”型节点,尽量少用“L”型节点接合。
  通过双四合一连接件接合与目前市场上常见的、不可拆装的双圆榫接合的接合强度对比试验发现:双四合一连接件的平均抗拔强度高出双圆榫接合时的平均抗拔强度27.5%;双四合一连接件接合时的平均破坏弯矩比双圆榫接合时的平均破坏弯矩高出21.45%;双四合一连接件接合时的平均抗弯刚度略低于双圆榫接合时的刚度,差值为10.6%。综合抗拔强度与抗弯强度试验结果,梓木构件节点双四合一连接件接合形式取代双圆榫接合形式可行。

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