基于有限元法速生杨层积材增强家具直榫优化

摘要

以T形无榫肩直通榫中榫头与榫眼的受力为依据,设计竹材增强速生杨木层积材的结构,并在满足结构强度要求的前提下,优化材料制作T形无榫肩直通榫并应用在椅凳家具后腿与望板结合部位的尺寸.采用受力分析法设计材料结构,采用有限元数值分析与试验验证结合的方法,优化材料应用的榫卯结构尺寸.结果 表明,竹材增强的速生杨单板层积材用作椅子后腿与望板结合部位时,其材料强度能够满足GB10357-2013《家具力学性能试验第3部分:椅凳类强度和耐久性》的要求;试验验证的榫头破坏形式与仿真模拟基本相同,有限元优化后的径向与弦向的结构强度与试验验证结果误差分别为3.10％和3.76％;优化后T形无榫肩直通榫的尺寸为榫头榫眼宽度10 mm,高度20 mm,竖材截面宽度为径向25 mm,弦向35 mm,相同结构达到相同强度时,较未进行强化设计的速生杨木层积材能够减少径向截面宽度10 mm材料用量,即在径向能够得到有效增强并节省毛料体积28.6％.研究结果可为有限元数值模拟研究复合材料的建模方法提供一定参考,为实现速生树种木材高效高质利用提供了借鉴技术.