木質(zhì)膠接接頭力學(xué)性能的研究.pdf

1、木材是人類應(yīng)用最早的材料之一，由于木材本身具有天然紋理和色澤、易加工、質(zhì)輕而強(qiáng)重比大、可生物降解、隔聲、隔熱、絕緣等優(yōu)點(diǎn)，使木質(zhì)材料在人類發(fā)展的歷程中發(fā)揮了極其重要的作用。在鋼材、水泥、木材、塑料這四大工程材料中，木材是惟一的可再生材料。木質(zhì)材料已被廣泛應(yīng)用于家具、建筑、樂器、船舶、車輛、醫(yī)療器械等各個行業(yè)。為了對木質(zhì)材料進(jìn)行正確合理的有效使用，就需要了解木材及其連接件的物理力學(xué)性能。因此本文針對以樺木為材料的幾種膠接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行

2、了相關(guān)理論和試驗的研究。
　　論文首先提出了課題的研究背景和研究意義，對木質(zhì)膠接技術(shù)和檢測手段進(jìn)行了闡述，對國內(nèi)外膠接接頭的應(yīng)力分析、無損檢測方法和蠕變特性進(jìn)行了總結(jié)和論述，確定了論文的研究方向和主要研究內(nèi)容。
　　膠接接頭的應(yīng)力分布是一個復(fù)雜的力學(xué)問題，本文提出利用三角級數(shù)求和的方法，從理論上推導(dǎo)了膠接接頭的應(yīng)力分布區(qū)域及解析解的大小，為木質(zhì)膠接接頭應(yīng)力的分析和求解提供了一種新的理論方法。
　　對樺木搭接膠接接頭力學(xué)

3、性能進(jìn)行了正交試驗研究。主要研究膠合長度l、試件厚度h和試件寬度b三因素對其力學(xué)性能的影響。得到各因素對最大拉伸載荷影響的強(qiáng)弱關(guān)系為b＞l＞h，最優(yōu)方案為b3l3h3;也得到各因素對拉伸強(qiáng)度影響的強(qiáng)弱關(guān)系為h＞l＞b，最優(yōu)方案為h1l3b1。得到各因素對彈性模量(MOE)影響的強(qiáng)弱關(guān)系為l＞h＞b，最優(yōu)方案為l3h1b3;也得到各因素對靜曲強(qiáng)度(MOR)影響的強(qiáng)弱關(guān)系為h＞l＞b，最優(yōu)方案為h1l3b3，彎曲性能的綜合最優(yōu)方案為l3h1

4、b3。并利用Matlab軟件構(gòu)建了搭接接頭力學(xué)性能的曲面模型和預(yù)測方程。
　　對樺木蓋板膠接接頭力學(xué)性能進(jìn)行三組單因素試驗研究。三個因素分別為蓋板長度（膠合長度）l、蓋板厚度h1、試件和蓋板同厚（h=h1），研究它們對接頭力學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)拉伸載荷和拉伸強(qiáng)度隨膠合長度l的增加而增加，拉伸載荷隨蓋板厚度h1的增加而增加，而拉伸強(qiáng)度卻隨蓋板厚度h1的增加而略有減小，拉伸載荷和拉伸強(qiáng)度隨試件和蓋板同厚（h=h1）的增加而減小;彎曲載荷

5、、MOE和MOR都隨膠合長度l的增加而增加，隨蓋板厚度h1或試件和蓋板同厚（h=h1）的增加而減小。
　　對樺木斜接膠接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行了單因素試驗研究。研究三種斜率(1∶4、1∶8、1∶12)對其力學(xué)性能的影響。斜率k由1∶4變到1∶8，膠合長度增加20mm，接頭的拉伸載荷與拉伸強(qiáng)度增加了2.5倍;由1∶8變到1∶12，膠合長度也增加20mm，而拉伸載荷與拉伸強(qiáng)度只增加了29.49％;彎曲載荷、MOE和MOR都隨斜率的減小而增

6、加。因此斜率越小，斜接接頭力學(xué)性能越好。
　　對樺木指接膠接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗研究。研究三種斜度α(1∶8、1∶10、1∶12)對其彎曲力學(xué)性能的影響。彎曲載荷、MOE和MOR都隨斜度的減小而增加。因此斜度越小，指接接頭力學(xué)性能越好。
　　利用ANSYS有限元法對樺木膠接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行了仿真分析，在仿真等效應(yīng)力圖中各種接頭受力變形呈現(xiàn)不同程度對稱分布，在膠合區(qū)域存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。搭接接頭應(yīng)力峰值隨膠合長度l的增加而

7、逐漸減小;隨試件厚度h的增加，拉伸應(yīng)力峰值增大，而彎曲應(yīng)力峰值略有減小。蓋板接頭的應(yīng)力峰值也隨膠合長度l的增加而逐漸減小;隨蓋板厚度h1的增加，拉伸應(yīng)力峰值而減小，隨試件和蓋板同厚（h=h1）的增加而增大;彎曲應(yīng)力峰值隨蓋板厚度h1或試件和蓋板同厚（h=h1）的增加而略有增大。斜接接頭彎曲應(yīng)力峰值隨斜率k的減小而減小。指接接頭由上到下的膠合面的彎曲剪切應(yīng)力由負(fù)變正，數(shù)值由大到小再變大，剝離應(yīng)力峰值在膠合面的中間區(qū)域，由上到下峰值逐漸減小

8、，而且斜度越小，應(yīng)力峰值越小。接頭的仿真分析與膠接接頭應(yīng)力理論分析結(jié)論存在一致性，可以利用ANSYS有限元對接頭的力學(xué)性能進(jìn)行仿真分析。
　　對樺木膠接接頭進(jìn)行了彎曲蠕變試驗。搭接和蓋板接頭的抗彎曲蠕變現(xiàn)象相近似，其抗彎曲蠕變性能隨膠合長度和試件厚度（或蓋板厚度）的增加而增強(qiáng)，而且接頭在蠕變的過程中，會出現(xiàn)突變再恢復(fù)的現(xiàn)象。斜接接頭的抗彎曲蠕變在140h（第六天）左右發(fā)生一次大突變，比原木的突變發(fā)生要早，變異量也大，而且變異量隨斜

9、率減小而增加。從曲線整體看，斜接接頭比搭接和蓋板接頭的蠕變曲線要光滑平整，也沒有蠕變突變再恢復(fù)的現(xiàn)象。并利用對數(shù)方程和乘冪方程對蠕變曲線進(jìn)行了回歸分析，獲得的回歸方程精度很高，可以被用來預(yù)測各類膠接接頭的蠕變過程。
　　利用快速傅里葉變換(FFT)分析技術(shù)的彎曲振動法對四種樺木膠接接頭進(jìn)行無損檢測。得到動態(tài)彈性模量Ef和破壞試驗獲得的拉伸強(qiáng)度σ（斜接接頭除外）、MOE及MOR之間存在明顯的相關(guān)性，回歸關(guān)系高度顯著，獲得的回歸方程可