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家具在使用过程中的损坏大多数是发生在其接合处,对接合处材料的破坏特性、接合强度的研究是研究家具结构强度的关键和基础。
松木是我国主要的家具用材树种,本课题以速生樟子松木材做成的“T”型直角单榫榫卯结构为研究对象,采用力学测试方法,对理想使用状态——在外力垂直载荷匀速加载的情况下的构件节点破坏强度进行研究。通过测试并分析各种因子(包括模拟气候变化所引起的木材含水率变化、配合尺寸、配合公差、榫头宽度方向有无榫肩、施胶与非施胶等)对樟子松木材直角方榫榫卯结构力学性能的影响,研究得出以下结论:
(1)增大榫卯结构榫头与榫眼的尺寸会增大榫卯结构的接合强度,但同时也会导致榫卯结构材料本身破坏强度极限值有所下降,在本研究中,榫眼长度对榫卯结构强度下降的影响最小,其次是深度,榫眼宽度的影响最大。
(2)适当过盈量的榫头与榫眼配合有助于提高榫卯结构的接合强度,但当过盈量大到一定程度,继续增大过盈量则会导致结构强度下降,因此,在选择过盈量时,樟子松木榫卯结构的榫眼长度方向最佳过盈量为0.9mm,宽度方向为0.6mm。
(3)多次含水率高低循环变化会导致榫卯结构的抗拔力下降。在制作实木家具之前,应尽量将木材含水率控制在家具使用地木材平衡含水率以下并保持相对长的一段时间,以保证制作成的家具产品不致于因含水率变化而过多地降低结构强度。
(4)纹理方向对榫卯结构材料破坏强度没有显著的影响,虽然试验结果显示径向强度高于弦向强度11.6%,应该是木材材料本身弦、经向抗弯强度的差异所致。
(5)给待装配的榫头进行施胶和在榫头宽度方向增加榫肩均有助于增强榫卯接合的强度。