樟子松指接材有限元模型分析研究

论文摘要

指接加工是合理利用木材的有效途径,具有短材长用,劣材优用等特点。在指接材生产过程中,指接工艺对材料性能影响显著。为此,本文以樟子松结构用指接材为研究对象,在通过实验确定指接材生产工艺的基础上,利用有限元法对三种指榫嵌合度条件下指接材指接端压、抗弯弹性模量及抗弯强度性能进行模拟分析。为指接材性能预测提供新的途径,具有重要的研究和推广价值。论文的主要结论如下：(1)通过指接端压实验,可以确定樟子松结构用指接材指接端压范围为2.6MPa～5.7MPa。以嵌合度和端压作为实验因子进行全因子试验,试验结果表明,端压为3.5MPa,嵌合度为0.1mm时,樟子松结构用指接材的性能最好,抗弯弹性模量达到14.4GPa,抗弯强度为75.9MPa,而顺纹抗拉强度为29.2MPa。(2)电测法和变跨距三点弯曲试验法可以测量出樟子松木材弹性常数值。即EL=9171MPa,μLR=0.472,μLT=0.558, ET=460.4MPa,μTR=0.337,μTL=0.033, ER=831.6MPa,μRT=0.765,μRL=0.053, GRT=44.5MPa, GLT=521.7MPa, GLR=666.7MPa。测试结果可表征樟子松木材的材料特性,用于有限元建模分析中。(3)有限元模拟得出的樟子松结构用指接材端压范围为2.0MPa～3.7MPa,相对端压实验测试结果偏小。全因子实验结果显示,最佳指接端压值为3.5MPa。因此有限元模拟分析结果可以用于预测指接材最佳端压取值。(4)有限元法可以模拟出指接材弯曲弹性变形阶段变形状态,嵌合度为0mm、O.1mm和0.3mm时模拟分析得出的抗弯弹性模量值分别为16.36GPa、18.40GPa和16.73GPa。相对实验测试结果偏大30%左右。因此,利用有限元法对指接材抗弯弹性模量进行预测时应对模拟分析结果做一定的修正。(5)有限元法可以预测樟子松结构用指接材在理想加工状态下的抗弯强度值。嵌合度为0mm、O.1mm、0.3mmm时模拟分析得出的抗弯强度分别为78MPa、72MPa和45MPa,相对实验测试结果的误差分别为21.3%、1.8%和32.6%。模拟过程中未考虑齿榫加工后干缩变形引起的指接嵌合度下降,导致实验测试结果与模拟分析结果存在差异。因此有必要对模拟分析模型进行一定程度的修正。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 指接材国内外发展现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 有限元法在木材中的应用
• 1.3.1 木质材料有限元模型
• 1.3.2 破坏准则
• 1.3.3 木材弹性常数的测定
• 1.3.4 ANSYS有限元法分析
• 1.3.5 指接有限元分析
• 1.4 研究目的与意义
• 1.5 主要研究内容
• 1.6 技术路线
• 第二章 樟子松结构用指接材生产工艺研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 指接端压实验结果分析
• 2.2.2 指接实验结果分析
• 2.3 小节
• 第三章 樟子松木材力学参数测定
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 电测法实验结果分析
• 3.2.2 变跨距三点弯曲实验结果分析
• 3.3 小节
• 第四章 樟子松指接材有限元模型分析
• 4.1 ANSYS模拟分析基本过程
• 4.1.1 前处理模块
• 4.1.2 后处理模块
• 4.1.3 技术路线图
• 4.2 指接端压有限元模型分析
• 4.2.1 模型建立
• 4.2.2 网格划分
• 4.2.3 约束加载分析
• 4.2.4 模拟分析结果
• 4.3 指接材弹性模量有限元模型分析
• 4.3.1 模型建立
• 4.3.2 网格划分
• 4.3.3 约束加载分析
• 4.3.4 模拟分析结果
• 4.4 指接材抗弯强度有限元模型分析
• 4.4.1 模型建立
• 4.4.2 网格划分
• 4.4.3 约束加载分析
• 4.4.4 模拟分析结果
• 4.5 小节
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 附图
• 详细摘要
• Abstract