小径竹材成型技术及成型后力学性能研究

论文摘要

竹子的天然构造使得竹材具有良好的力学性能,空心带节使其有较强的抗弯能力,节间有隔,增加了竹子整体横向抗压强度。传统的竹材加工利用均采用大量的切削和破碎加工,破坏了竹材天然的空心带隔结构的力学性能,追求使用竹壁的实体部分。在不破坏竹子天然结构的前提下,对竹材进行简单的成型加工后拼接成各种空心拼板,实现“以空代实”,可以增加竹材的利用率,能充分利用竹材良好的力学性能。本文研究了小径竹材的成型加工技术及成型竹段的主要力学性能,主要包括以下三方面内容：(1)通过实验测试竹段四棱柱成型加工对小径竹材力学性能的影响程度,探讨用天然空心带隔竹材单元拼接空心竹拼板的可行性。(2)对成型四棱柱竹段进行了径向抗压与抗弯应力有限元模拟分析,研究竹段在径向受压与受弯时可能的破坏形式。(3)对现有竹段成型方法进行比较,分析了现有加工方法存在的问题,提出竹段拉削成型方法,研发了天然空心带隔竹材的拉削成型技术及拉削刀具,并对小径竹材进行了拉削成型实验。通过研究,得出以下几点主要结论：(1)成型加工后,节间竹材的径向抗压、纵向抗弯能力减弱,但减弱幅度不大；与其相反带节竹材的径向抗压能力有所增强。(2)运用ANSYS软件,定性模拟竹材径向受压、纵向受弯时的应力—应变分布,预测试件的破坏情况,其结果与实验中破坏情况基本吻合。(3)本文研发的小径竹材拉削成型技术具有生产效率高、产品质量好、能耗低等优点,有很好的开发前景。(4)多锯片圆锯机压直锯切与拉削成型是小径竹成型加工的可行技术方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 概论
• 1.1 竹材资源概况
• 1.2 我国竹材资源利用现状及存在的问题
• 1.2.1 竹材的加工利用现状
• 1.2.2 竹材加工利用存在的问题
• 1.3 竹材性能的国内外研究现状
• 1.3.1 竹材物理力学性能的研究
• 1.3.2 竹材切削性能及加工刀具的研究
• 1.3.3 本课题的意义及主要研究内容
• 2 成型加工对小径竹材力学性能的影响
• 2.1 成型加工对小径节间竹材径向承载能力的影响
• 2.1.1 实验方法
• 2.1.2 结果与分析
• 2.2 成型加工对小径带节竹材径向承载能力的影响
• 2.2.1 实验方法
• 2.2.2 结果与分析
• 2.3 成型加工对小径节间竹材纵向抗弯能力的影响
• 2.3.1 实验方法
• 2.3.2 结果与分析
• 2.4 本章小结
• 3 小径竹材径向受压、纵向抗弯破坏情况有限元模拟分析
• 3.1 引言
• 3.2 竹材试件模拟模型
• 3.3 节间竹材试件径向受压破坏情况的ANSYS模拟分析
• 3.3.1 节间竹材试件模拟模型
• 3.3.2 结果与分析
• 3.4 带节竹材试件径向受压破坏情况的ANSYS模拟分析
• 3.4.1 带节竹材试件径向受压ANSYS分析模拟模型
• 3.4.2 结果与分析
• 3.5 竹材试件纵向抗弯破坏情况的ANSYS模拟分析
• 3.5.1 竹材试件纵向抗弯ANSYS分析模拟模型
• 3.5.2 结果与分析
• 3.6 本章小结
• 4 小径竹材成型技术方案与比较
• 4.1 引言
• 4.2 竹材的切削
• 4.2.1 竹材的特性
• 4.2.2 竹材的切削特性
• 4.3 空心竹段成型加工工艺
• 4.3.1 锯切成型
• 4.3.2 铣削成型
• 4.3.3 拉削成型技术
• 4.4 本章小结
• 5 结论与建议
• 5.1 主要结论
• 5.1.1 成型加工对小径竹材力学性能的影响
• 5.1.2 小径竹材力学破坏情况有限元定性模拟分析
• 5.1.3 小径竹材成型方案的比较
• 5.2 建议
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单
• 致谢
• 附录