Analysis of factors affecting diagonal tension and compression capacity of corner joints in furniture frames fabricated with dovetail key

This study was conducted to analyze the effect of joint type, and numbers and types of dovetail keys on diagonal tension and compression performance of corner joints in a furniture frame. Joint members were cut from white fir lumber. Butted and mitered joints were constructed with one and two dovetail key（s） with butterfly and H shapes. Joints were glued by polyvinyl acetate （PVAc） and cynoacrylate （CA）. Compression capacity of joints was higher than diagonal tension. Mitered joints were stronger than butted ones. Butterfly dovetail keys were superior to H shape keys. Double keys performed better than single key. Experimental joints glued with PVAc were stronger than those glued with CA glue and control specimens. In terms of strength, butterfly dovetailed joints were comparable with doweled joints.

Design and research of gas-tight wedge dovetail tapered thread joint

Dovetail thread has a unique structure and characteristics. This paper describes different dovetail threads,and provides detailed descriptions of structure,performance characteristics,and processing and measurement methods of a wedge dovetail tapered thread,which is used in OCTG joints. A full-engagement wedge dovetail tapered thread joint that is highly gas-tight was designed and subjected to finite element method analysis,and the results show an even stress distribution in the joint. To verify the actual performance of these joints,the highest IV tubing test standard,ISO 13679: 2002 CAL,was used in a make-up/break-out test and combined loading test. No galling or gas leakage occurred in these tests,which confirms that the structure of the designed joint demonstrates reasonable and excellent performance.

松动及加固后木结构燕尾榫节点抗震性能对比试验

古建筑木结构燕尾榫节点松动是一种常见的残损模式,为研究节点松动对抗震性能的影响,参照宋《营造法式》殿堂二等材的尺度要求,考虑不同松动程度、不同松动程度补强加固和不同松动程度震损后加固的节点,共制作了3组12个节点试件,对其进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验.结果表明:不同松动程度补强加固节点及不同松动程度且有损伤加固节点的破坏模式,与不同松动程度节点的破坏模式相似,榫头和卯口挤压变形明显,榫头被拔出,普拍枋与柱顶接触处出现剪切破坏,补强加固节点榫头拔出量明显减小;各节点滞回曲线均有明显“捏缩”效应,整体呈反“Z”型,补强加固节点的滞回环饱满程度略好;随节点松动程度增加,刚度及承载力均降低,随拔榫量的增大,其减小幅度降低;随节点转角增大,耗能能力逐渐减弱,补强加固节点的耗能及防脱榫能力明显高于未加固节点.节点在松动后仍具有较好的变形能力.

陶瓷基复合材料涡轮动叶榫头元件静强度实验及缺陷影响

陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMC)涡轮动叶榫头是动叶装配与承受离心载荷的关键。为了研究熔渗工艺制备CMC榫头在叶片旋转径向拉伸载荷下的力学行为,验证榫头内部质量对其静拉伸强度与破坏模式的影响,设计并制备燕尾形CMC高压涡轮动叶榫头元件试件,对其进行单轴静态拉伸实验,采用X射线CT无损检测对实验前试件内部质量进行扫描,采用DIC与声发射方法对实验过程进行监测。结果表明:燕尾形CMC榫头在单轴静态拉伸下保持完好接触,其静态拉伸强度与破坏模式对其内部质量(尤其是分层缺陷)非常敏感。试件不含分层缺陷时,损伤起始于榫头颈部,并迅速扩展,损伤起始载荷与最大破坏载荷接近,断口呈横向锯齿状;试件内部含分层缺陷时,损伤起始于缺陷,分层逐渐扩展并导致试件断裂,损伤起始载荷下降99.05%,最大破坏载荷下降14.29%,断口位置与分层缺陷一致。

剪切型阻尼器增强大头榫节点模型试验研究

中国传统木结构建筑破坏主要由榫卯节点松动、变形及拔榫引起.为解决榫卯节点容易松动、变形及拔榫破坏问题,引入节点阻尼器技术,在传统木结构建筑榫卯节点处安装扇形剪切型阻尼器.为研究传统木结构典型节点大头榫安装阻尼器后的抗震性能及增强效果,设计制作了6个大头榫足尺节点模型,其中3个榫卯节点未装阻尼器,3个榫卯节点安装阻尼器.通过低周反复加载试验研究6个试验模型的滞回特性、骨架曲线、刚度退化曲线及等效黏滞阻尼系数变化规律.研究结果表明:安装阻尼器可以有效控制节点的拔榫破坏;同时有效增强节点耗能、强度及刚度;安装阻尼器节点模型的极限承载力是未安装节点模型的1.5~3.5倍.

宋式古建筑木结构有限元模拟及承载特征

为提出宋式古建筑木结构的有限元模拟方法并揭示其承载特征,分析了与础石接触的柱脚和与普拍枋接触的柱头的转动特性,并给出了柱脚和柱头恢复力矩的显示表达式.研究了考虑普拍枋影响的柱头燕尾榫节点恢复力矩解析模型.并建立了宋式古建筑木结构弹簧-梁单元有限元模型,研究了此类结构的承载特征.结果表明:建立的模型可以较好地表征木结构的承载能力,当木结构向右侧变形时,竖向荷载由普拍枋左侧传递给柱头,由普拍枋右侧传递给柱头和阑额,普拍枋与柱头之间的压力随加载位移的增大而减小,普拍枋与阑额之间的压力随加载位移的增大而增大.木柱和柱头燕尾榫节点提供的承载能力是三种竖向荷载作用下木结构侧向承载能力的主要组成部分.三种竖向荷载工况下,木柱提供的承载能力均大于60%,木柱的承载能力贡献比随竖向荷载的增大而增大.

航天用氟塑料/金属密封件模压工艺的数值模拟

氟塑料/金属密封件在航天系统中应用广泛,氟塑料与金属间的连接质量决定了其密封效果,影响系统运行的可靠性。文中基于航天液氧阀密封件,分别简化得到氟塑料/金属密封件的压力场和温度场数值计算模型。对氟塑料填充燕尾槽过程中氟塑料的中心压力、燕尾槽周边压力及温度场进行分析,得到不同熔体温度时氟塑料的压力变化及不同初始熔体温度时氟塑料与金属模具的温度场变化。结果表明,氟塑料优先填充远离中心区域的燕尾槽外侧区域,最后填充靠近中心的燕尾槽内侧区域,导致燕尾槽区域的熔体压力场分布不均;各区域填充压力随熔体温度升高均有不同程度下降,结合实际加工情况,文中基于数值模拟方法对现有模压工艺进行完善,得到了模具压力从初始的2.2 MPa逐步提升至12.5 MPa的施压曲线。

考虑界面接触的燕尾榫结构局部并联偏差传递建模方法研究

燕尾榫是航空发动机中重要的连接结构,其装配精度直接影响整机的性能和稳定性.然而,叶盘燕尾榫结构服役于高温高压高转速的极端工作环境,其装配界面会发生弹性或塑性接触变形影响几何偏差的传递.为探究燕尾榫界面接触对结构偏差传递的影响机制,首先,本文简要介绍了基于雅克比旋量模型的串联结构偏差传递分析方法.其次,基于奇异积分方程的数值解法实现了非对称平压头接触的界面接触力学分析,构建了界面传递等效旋量.在此基础上,利用最小势能原理将界面接触变形纳入偏差分析中,提出了考虑界面接触的燕尾榫结构局部并联偏差传递建模方法.最后,以燕尾榫结构为例,将提出的方法与传统方法进行对比,验证了提出方法的可行性和准确性,并研究了不同转速和风压下界面接触对燕尾榫偏差传递的影响.研究结果证明了燕尾榫界面接触变形对结构偏差传递的显著影响,并为其他机构的偏差传递分析提供了一种可行方法.

考虑榫头尺寸影响的燕尾榫节点滞回性能分析

古建筑木结构中燕尾榫节点的榫头尺寸一直以来采用传统比例进行设计,但收乍角度等榫头尺寸变化对节点抗震性能的影响有待进一步研究。参照已有试验,以榫头宽度、榫头长度以及收乍角度为影响参数,建立含标准试件模型在内的4类有限元模型,施加循环往复荷载进行分析;通过标准试件模型与试验结果对比分析验证了数值模拟方法的有效性;在此基础上得到的4类模型的滞回曲线、刚度退化曲线、骨架曲线和拔榫量。对比分析结果表明:适当提高收乍角度,并在此基础上适当加大榫头长度,有助于提高燕尾榫节点的连接性能和抗震性能。

不同工况下燕尾榫节点力学性能分析

为探究不同工况对燕尾榫节点力学性能的影响,以清工部《清代工程则例》及《中国古建筑木作营造技术》为权衡标准,以其他学者的木材材性试验结果为参照,基于ABAQUS有限元软件对清代燕尾榫进行了拟静力荷载数值模拟,探究了榫头平面外不同转角、不同材料、不同柱端轴向荷载、不同荷载位置对燕尾榫节点力学性能的影响。结果表明:1)燕尾榫卯的滞回曲线均呈“倒Z型”。2)燕尾榫节点处的最大弯矩在枋体侧向转角为0°、1.41°、2.82°时分别为0.896、0.914、0.979 kN·m。当柱顶的轴向荷载从0增加至50 kN时,燕尾榫节点的双向最大弯矩分别从0.896、0.523 kN·m变为2.680、5.129 kN·m。双向屈服弯矩分别从0.823、0.473 kN·m变为2.366、4.172 kN·m。当柱顶轴向荷载由50 kN增加至100 kN时,双向最大弯矩、屈服弯矩变化值均不超过1%。3)枋侧施加0、25、50 mm水平位移时对应的燕尾榫节点峰值粘滞阻尼系数分别为22.05%、28.50%、29.38%。

燕尾静压导轨初始油膜厚度对静动态性能的影响

燕尾静压导轨的工作性能与其选取的初始油膜厚度密切相关。通过对由PM流量控制器调控的燕尾静压导轨进行研究,分析并推导出初始油膜厚度与静压导轨静动性能之间的函数关系。结果表明:增大导轨底层大面和燕尾面初始油膜厚度,都可以提高导轨的承载能力,但提升幅度不大;降低导轨底层大面和燕尾面初始油膜厚度,均会增大低燕尾导轨的静、动态刚度,其中导轨底层大面初始油膜厚度的变化对静刚度影响更大,燕尾面初始油膜厚度的变化则对动刚度影响更大,在实际中应该根据所设计导轨工况选取合适的初始油膜厚度。

残损古建筑木结构燕尾榫节点抗震性能试验研究

残损是现存古建筑木结构的普遍状况,显著地降低了结构的抗震性能。为研究残损对燕尾榫节点抗震性能的影响,参照宋《营造法式》殿堂三等材的尺寸要求,制作了3个比例为1∶3.2的燕尾榫节点模型,包括1个完好节点、1个模拟榫头真菌腐朽的残损节点和1个模拟榫头虫蛀的残损节点。榫头真菌腐朽和榫头虫蛀分别采用在榫头表面钻一定深度的孔和在榫头钻通孔的方法来模拟。通过低周反复加载试验对残损节点的破坏特征、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线和耗能性能进行了研究,分析了残损燕尾榫节点抗震性能的退化规律。结果表明:残损燕尾榫节点的破坏形态与完好节点的破坏形态类似,主要表现为榫头和卯口有明显的挤压变形、榫头沿枋纵向部分拔出,枋柱整体完好,但残损节点的榫头拔出更早、拔出量更大,模拟虫蛀节点有榫角被挤碎;残损燕尾榫节点的滞回曲线也有明显的"捏缩"效应,但滞回环饱满度较差;残损节点的转动弯矩、转动刚度均明显低于完好节点,但耗能能力基本不变化;当两种不同残损类型的残损程度相近时,人工模拟真菌腐朽节点的转动弯矩更高、转动刚度更大。

榫卯间缝隙对古建筑木结构燕尾榫节点承载性能影响的有限元分析

以宋《营造法式》为标尺,建立分析2个一榀燕尾榫柱架有限元模型,包括节点无缝隙柱架模型和节点有缝隙柱架模型。在不同竖向荷载下,对2种模型进行水平往复加载模拟,得出2种模型的滞回曲线及骨架曲线,以分析屋顶质量和榫卯间缝隙对木结构节点承载性能的影响。结果表明:木结构的屋顶质量越大,结构整体刚度越大,耗能越可观;2种柱架的榫头与卯口之间存在较明显的挤压变形,滞回曲线都呈现"捏缩"现象,但节点有缝隙模型由于榫卯节点之间的缝隙导致节点紧密度下降,其滞回环饱满度差,结构耗能能力弱,抗震性能差。通过对比分析节点无缝隙和有缝隙模型的计算模拟结果,得出燕尾榫榫卯节点的破坏方式和缝隙对燕尾榫柱架造成耗能减少、刚度降低的影响,为古建筑抗震性能研究和榫卯节点处修缮加固提供借鉴。

高低周载荷作用下燕尾榫结构的微动疲劳寿命预测

为预测在高周和低周载荷共同作用下,燕尾榫连接结构的微动疲劳寿命,采用高低周等效应力比代替传统经验预测模型中的等效应力,并考虑到摩擦功的影响,对微动疲劳寿命预测经验模型进行改进。通过燕尾榫连接结构的高低周微动疲劳试验,拟合了改进微动疲劳寿命预测模型中的三个系数;采用该模型对相关文献中的燕尾榫连接结构微动疲劳试验结果进行预测,结果表明,微动疲劳寿命预测的最大误差降低了约50%。

铝/燕尾槽钢爆炸焊接的研究

为研究熔点、强度等性能相差较大金属板的爆炸焊接,实验采用尺寸为5 mm×300 mm×300 mm的1060铝板与28 mm×300 mm×300 mm Q345燕尾槽钢板分别作为爆炸焊接的覆板和基板。爆炸焊接炸药采用铝蜂窝乳化炸药,然后通过爆炸焊接公式得到焊接参数,使铝与燕尾槽钢爆炸焊接时铝板内表面产生金属射流,而钢板内表面只发生塑性变形。结果表明,铝板与燕尾槽钢板依靠冶金结合以及燕尾槽的挤压啮合共同作用复合在一起,比传统铝-钢爆炸焊接节约炸药31%以上,降低了铝-钢复合板爆炸焊接窗口下限。爆炸复合板界面结合紧密,其面积比传统铝-钢爆炸复合板大141%,剪切强度大于79 MPa,满足铝-钢复合板结合强度的要求。

Ti-6Al-4V燕尾榫结构微动疲劳裂纹萌生及扩展行为研究

针对Ti-6Al-4V钛合金燕尾榫连接结构在不同载荷下的微动疲劳现象,采用榫形微动疲劳试验进行研究,并对裂纹萌生扩展、微动磨损及断口进行分析。结果表明,微动疲劳使构件疲劳寿命显著降低约70%;疲劳载荷对微动裂纹扩展的影响比对裂纹萌生的影响更大;微动疲劳裂纹起始于接触面边缘,与接触表面约成45°角,裂纹扩展到60~150μm后转向与接触表面垂直;微动疲劳断口形貌表面在微动磨损区具有多个裂纹源点,但只有一个主裂纹形成。

9LRC-60型立式秸秆揉搓机的设计与试验

针对传统秸秆揉搓机作业后秸秆营养成分损失较大(尤其青绿秸秆)及微生态菌剂喷施费时费力等问题,采用微生态菌剂喷施与机械揉搓相结合的原理,设计了以燕尾T型刀为主要揉搓部件,集成了菌剂喷施功能的9LRC-60型立式秸秆揉搓机.现场试验表明:使用该揉搓机完成作业的玉米秸秆物料,各项揉搓指标均优于传统揉搓机,能更好地满足牛、羊、鹅等畜禽的饲料标准要求;微生态菌剂喷施与机械揉搓的结合能促进菌剂与饲料充分融合,增强了微贮效果,节省了作业时间.

拔榫状态下古建筑燕尾榫节点性能试验研究

为了准确把握节点残损与木构架力学性能的关系,进而为整体结构的安全性评价提供依据,按照《清式营造则例》大式建筑的尺寸,建立了缩尺比为1∶2的四个不同拔榫程度的单间一榀燕尾榫构架模型,通过对其竖向加载试验,得出了节点主要破坏形式、跨中F-f曲线,结合理论并分析试验数据,首次提出了静力作用下跨中荷载与挠度的变刚度线弹性力学模型。文中提供的数据和结论,可供古建筑研究者在进行类似结构分析中提供参考。

双列燕尾槽干气密封端面流场的数值模拟

从计算流体动力学出发,应用AutoCAD软件建立双列燕尾槽的三维几何模型,使用Gambit软件对从整体模型中切割下来的计算区域进行网格划分,采用Fluent软件对其端面流场进行数值模拟,得到端面压力场的分布规律。结果表明:使用Fluent软件分析干气密封是可行的;燕尾槽干气密封具有较好的动压效应,动压效应主要发生在槽区,且迎风面要好于背风面;在燕尾槽的槽尾处会产生尖角效应,在迎风面和背风面分别增强和消弱动压效应。

钛-钢爆炸压接-轧制复合板的研究

为减小焊接炸药装药量,采用间隙配合的Q345燕尾槽钢板与TA2燕尾槽钛板,分别作为覆板和基板。燕尾槽的上底面、下底面和高分别为2,3,1 mm。所有燕尾槽的间隔为3 mm。间隙配合的钛板和钢板通过爆炸压接以及热轧得到尺寸为7.0 mm×300 mm×750 mm的钛-钢复合板。用力学性能检测以及微观形貌观察分析复合板界面结合质量。结果表明,间隙配合的燕尾槽钛板与钢板经爆炸压接-热轧工艺实现冶金结合,复合板界面结合良好,界面呈直线形,无金属间化合物生成,复合板弯曲性能良好。爆炸压接-热轧法制备钛-钢复合板相比爆炸焊接法可节约62.7%炸药。