塑木复合材料螺钉连接性能的研究

论文摘要

塑木复合材料作为一种新型环保性材料已被逐步应用于建筑、园林景观、家具、室内装修、包装、车船工业等诸多领域。可以说,塑木复合材料具有广阔的应用前景,但作为一种新材料,人们对它的认识还远远不够。目前有关塑木复合材料的研究主要集中于材料的配方、性能的测试等方面,至于塑木复合材料构件连接性能的研究却非常少见。塑木复合材料构件连接性能的研究不仅可以大大提高塑木制品的品质,还可以进一步拓展塑木复合材料的应用,从而促进塑木复合材料的推广。本论文以塑木复合材料的构件为研究对象,以螺钉连接为突破点,通过静态和动态试验研究相结合的方法,对塑木构件的连接性能进行了研究,重点研究了以下几个方面的内容:（1）引导孔孔径对塑木构件强度的影响（2）加载方式对塑木构件结构强度的影响（3）接合方式对塑木构件连接性能的影响（4）拆装次数对塑木构件强度的影响（5）低周疲劳及蠕变交互作用对塑木构件的影响研究结果表明:（1）塑木复合材料三个面的握钉力相差不大,可近似的将其看成各向同性材料;塑木复合材料握钉力较好,与硬质木材比较相似;在进行螺钉连接时,其引导孔孔径比应在83%-88%之间。（2）对于本课题研究所使用的塑木型材而言,外向受力的L型构件其臂长不宜超过230mm,最佳臂长在190mm左右;内向受力的L型构件其臂长不宜超过170mm,最佳臂长在150mm左右。等效弹性模量、角应变、抵抗弯矩等指标可以用以分析塑木构件的强度特性。（3）与铁质自攻螺钉、木螺钉相比,不锈钢自攻螺钉能够更好的对塑木构架进行连接。其L型共面与T型共面的螺钉连接强度基本一致,在实际操作中可根据结构的需要自由选择;共面与非共面相比,共面螺钉连接的刚性要优于非共面的情况。构件的接合精度也对构件的接合强度有较大的影响,可以通过提高其安装精度来提高其整体强度。（4）随着塑木构件重复拆装次数的增加,双螺钉握钉力降低,构件的静曲强度也降低。当重复拆装次数小于10次时,塑木构件的静曲强度和双螺钉握钉力均不存在显著的差异性;但当重复拆装次数大于10次以后,随着拆装次数的增加,构件的静曲强度和双螺钉握钉力均呈现显著下降的趋势。因此,可以说,塑木构件可进行多次拆装,但拆装次数不易高于10次。（5）在交变载荷为破坏载荷的60%和80%时,塑木构件连接处的疲劳/蠕变破坏曲线为三段式曲线,在交变载荷为破坏载荷的40%时,疲劳/蠕变破坏曲线仅有前两段。随着最大载荷保持时间的增长,构件连接进入延迟弹性变形的阶段越晚,内向转角增大越快。疲劳/蠕变交互作用不是损伤的一种简单的叠加,在保载时间较短时,疲劳损伤占主导地位,随着保载时间的增长,蠕变损伤逐渐占优。（6）随着保载时间的增长,塑木构件的寿命先增大后降低,即疲劳/蠕变综合损伤先降低后增大。较高的温度使塑木复合材料脆性降低,从而构件破坏时的内向角度增大。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 塑木复合材料的发展概述
• 1.2.1 塑木复合材料简介
• 1.2.2 塑木复合材料的发展进程
• 1.2.3 塑木复合材料的分类及性能
• 1.2.4 塑木复合材料的主要应用
• 1.3 塑木复合材料的发展趋势
• 1.4 本课题研究现状
• 1.5 本课题目的及意义
• 1.6 本文主要研究内容及课题研究的框架
• 第2章 引导孔孔径对塑木构件强度的影响
• 2.1 试验目的及意义
• 2.2 试验材料
• 2.2.1 试验基材
• 2.2.2 自攻螺钉
• 2.3 试验设备
• 2.4 试验方法
• 2.4.1 握钉力的测定
• 2.4.2 塑木构件结构强度的测定
• 2.5 试验结果与分析
• 2.5.1 引导孔孔径比对握钉力的影响
• 2.5.2 塑木复合材料与木材握钉力的比较
• 2.5.3 引导孔直径对塑木构件结构强度的影响
• 2.6 本章小结
• 第3章 加载方式对塑木构件连接性能的影响
• 3.1 试验目的及意义
• 3.2 试验材料
• 3.2.1 塑木型材
• 3.2.2 自攻螺钉
• 3.2.3 试件制作
• 3.2.3.1 外向弯曲施载试验试件制作
• 3.2.3.2 内向弯曲施载试验试件制作
• 3.3 试验原理与方法
• 3.3.1 试验原理
• 3.3.2 外向弯曲施载试验
• 3.3.3 内向弯曲施载试验
• 3.4 试验结果与分析
• 3.4.1 破坏形式分析
• 3.4.1.1 外向弯曲施载试验破坏形式分析
• 3.4.1.2 内向弯曲施载试验破坏形式分析
• 3.4.2 不同加载方式对塑木构件结构的影响分析
• 3.4.2.1 外向弯曲施载方式对L 型构件的影响分析
• 3.4.2.2 内向弯曲施载方式对L 型构件的影响分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 接合方式对塑木构件连接性能的影响
• 4.1 试验目的及意义
• 4.2 试验材料
• 4.2.1 试验基材
• 4.2.2 螺钉
• 4.3 试验制作
• 4.3.1 三种不同螺钉塑木构件试验
• 4.3.2 接合方式对T 型和L 型塑木构件的影响
• 4.4 试验方法
• 4.4.1 三种不同螺钉对塑木构件的连接性能的影响
• 4.4.2 接合方式对T 型和L 型塑木构件的影响
• 第5章 拆装次数对塑木构件强度的影响
• 5.1 试验目的及意义
• 5.2 试验材料与制作
• 5.2.1 试验基材
• 5.2.2 螺钉
• 5.2.3 试件制作
• 5.3 试验方法
• 5.4 试验结果与分析
• 5.4.1 破坏形式分析
• 5.4.2 拆装次数与双螺钉握钉力的关系分析
• 5.4.3 静曲强度分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 低周疲劳及蠕变交互作用下对塑木构件的影响
• 6.1 试验目的及意义
• 6.2 试验材料与制作
• 6.2.1 试验基材与螺钉
• 6.2.2 试件制作
• 6.3 试验方法
• 6.4 试验结果与分析
• 6.4.1 疲劳/蠕变破坏曲线
• 6.4.2 保载时间与塑木构件连接寿命的关系
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 课题研究的创新点
• 7.3 课题研究的局限性
• 7.4 研究展望
• 图表目录
• 参考文献