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。

榫卯结构在现代女装设计中的应用

榫卯结构是中国优秀传统文化的代表之一,呼唤现代表达,只有创新转化,才能让榫卯文化焕发活力。榫卯结构在现代建筑、家具等设计中应用广泛,但在服装设计领域,榫卯非遗文化通过服装这一载体的现代表达并不多见。文章在对多种类榫卯结构进行研究分析的基础上,归纳总结出榫卯结构融入现代女装的设计方法,进一步从灵感来源、设计主题及设计实践分析三个方面来探讨榫卯结构在现代女装设计中的创新应用。通过榫卯结构接合而成的衣片与衣片之间,服装与服装之间形成的关系,更大范围地去表达当下东西方文化之间的关系。榫卯结构融入现代女装的设计研究,彰显榫卯文化的生命力,为现代女装设计的创新与发展提供新的思路。

高温环境下燕尾榫微动疲劳数值分析

复杂载荷作用下航空发动机中压气机叶片与轮盘连接处的微动疲劳,极大的降低了发动机的寿命。为更好的探究高温环境下航空发动机燕尾榫构件的微动损伤机理,使用有限元仿真软件ABAQUS对500℃下燕尾榫构件展开高温微动疲劳数值分析,并将仿真结果与Ciavarella理论接触应力进行对比来验证仿真的准确性。以等效应力、接触应力CPRESS、切向应力、滑移量、摩擦功、特征参量为衡量标准,分析在高温环境下载荷大小和摩擦系数对燕尾榫构件微动疲劳损伤和微动疲劳寿命的影响,为更好的探明高温下燕尾榫构件的微动疲劳损伤机理提供理论支持。

燕尾榫梁柱节点有限元分析及弯矩-转角关系研究

为研究传统榫卯连接方式应用于现代木结构的可行性,设计包含榫头、卯口、塞木和木楔片的燕尾榫梁柱节点,利用ABAQUS软件分析杉木燕尾榫梁柱节点的破坏模式、应力发展和弯矩-转角关系。通过分析梁柱节点受力机理,建立榫头四个挤压区域的几何、物理和平衡关系,推导初始刚度和极限弯矩的表达式,提出基于幂函数模型的燕尾榫梁柱节点弯矩-转角关系公式。验算结果表明,该公式计算的节点初始刚度、极限弯矩,与有限元分析结果仅相差6.46%、2.09%,可用于预测燕尾榫梁柱节点的极限承载力。

闽南艺术中的主要元素研究——以燕尾脊和石敢当为例

几千年来,福建民俗文化经历了朝代的兴衰,融入了千年的精髓,在现代仍然闪耀着光芒。闽台各族民间传统艺术文化融合了传统宗教文化元素、浓郁的少数民族文化元素和浓郁地方文化特色,在民间文化艺术洪流中独树一帜。本文主要对闽南艺术中的石敢当、燕尾脊元素进行研究和欣赏。通过设计,这些元素的深刻内涵得以表露,也使闽南艺术成了一个集合了艺术和文化的瑰宝。

燕尾榫结构分析及其节点力学性能研究

燕尾榫作为公认的“万榫之母”,是木家具和木建筑制作中比较常用的接合方式,其传承了中华文化,接合强度高,广泛应用。为更好地了解燕尾榫的节点强度,本文首先介绍了燕尾榫的基本结构及应用,然后建立了几组不同倾斜角度的燕尾榫榫头模型,通过有限元分析得到了节点处的应力数据,最后利用对比分析法得出了一组节点强度最高的榫头倾斜角度。

GH4065A涡轮盘榫槽型面拉削加工变形研究

GH4065A高温合金是通过铸—锻工艺制备的镍基变形高温合金,在700℃以上温度使用时具有与第二代粉末冶金涡轮盘相同的力学性能,适用于新一代航空发动机涡轮盘的制造。在某型GH4065A高温合金涡轮盘榫槽的拉削加工中,存在变形量高达0.1mm以上的情况,导致榫槽型面不合格。针对此问题,分析了导致榫槽型面变形的原因和榫槽不同区域的切削力大小,提出控制变形的解决方案,修正了用于高温合金拉削力计算公式中的C_(p)及x参数。

钢筋混凝土榫卯框架结构设计研究——建造9.0级大地震不倒塌的安全房屋

地震是房屋的克星。榫卯结构,以柔克刚,能化解地震对房屋的破坏力,砂夹石的海绵地基能阻隔地震冲击波,保护房屋的安全。故宫建筑在大地震中屹立不倒是个奇迹。在多层的房屋中,房屋的上部结构采用榫卯连接,下部采用砂石海绵地基隔震,房屋就能震而不倒,就能战胜地震的破坏力成为地震的克星。故宫是木结构建筑群,大型木材已是稀缺资源,要复活及推广榫卯结构,需将木材换成钢筋混凝土材料;还有古建筑的木楼梯,已不适合现代大量人流的交通要求,需改造成楼梯间设有楼梯平台的安全楼梯。榫卯结构属于铰接框架体系,铰接框架结构稳定、安全可靠。铰接框架受力刚柔并济,节点变形富有韧性,符合地震区结构大变形的要求。因此榫卯框架是抗震房屋结构的最佳选择。榫卯结构的榫头与卯口是由许多小尺寸的零件组成,现代的钢筋混凝土构件是否可行?众所周知,钢筋混凝土的铰接节点是由两片相邻的钢板所组合而成,而且钢筋混凝土构件有预埋铁件的传统工艺。可将榫卯接头的榫头与卯口用钢板先焊接成形,再埋入混凝土预制梁柱构件内,这样就可将古老的榫卯连接,用现代方式生产出来。另外,榫卯结构是装配式建房的鼻祖。发展榫卯结构符合现代建筑的大方向。

古建木结构节点的抗震机理研究及抗震能力评估

榫卯连接是我国古建筑木结构的特有构造形式,其完整性直接影响古建木结构的抗震性能。为此,以古建木结构中较为常见的燕尾榫为例,通过对其传力机理进行理论研究,建立其数值模型和弯矩-转角(M-θ)力学模型。研究结果表明,根据模型计算获取各个特征值与实验数据的偏差均低于20%。这表明研究构建的模型精度较高,能够较为准确地评估建筑的抗震性能。研究为古建筑的修缮和加固提供数据保障。

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。