[發明專利]一種木榫旋轉摩擦焊接抗拔承載力預測方法

在審

• 申請號: 202110181040.0
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN113094777A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 徐云;王雪嬌;高丹盈
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 王曉麗

本發明公開一種木榫旋轉摩擦焊接抗拔承載力預測方法，所述高速旋轉誘導木榫摩擦焊接抗拔承載力為，其具體表示為公式，本發明為現代木結構建筑與實木家具制造領域中木結構構件連接采用木榫旋轉焊接技術提供了精確地計算方法，很好的解決了長久以來該項技術缺乏多因子預測焊接節點抗拔強度計算的理論依據這個重要問題，更便于將該項創新技術更加廣泛的應用于木結構產品的加工制作中。

技術領域

本發明涉及現代木結構建筑與實木家具制造領域，具體涉及木結構木榫旋轉摩擦焊接抗拔承載力確定方法。

背景技術

木材焊接技術是一種新型的木材連接技術，即通過專業的焊接設備將高速旋轉的木榫快速插入有預留孔的木質基材中，通過木榫與木質基材預留孔壁之間的高速旋轉摩擦升溫，使得木榫與木質基材中的半纖維素和木質素分解，產生有膠粘作用的熔融物質，從而將木榫和木質基材連接到一起。當前，現代木結構建筑領域木構件的連接方式主要采用釘連接和螺栓連接，而實木家具領域多將榫卯結構和膠粘劑等作為連接方式。木榫摩擦焊接技術相比于這些連接方式具有特殊的性能，其中包括:(1)新技術使得木結構連接部位能夠保留木材天然色澤，避免了金屬連接件和膠合粘結對原有木結構產品表面的破壞； (2)焊接方式吸收了木結構自攻螺釘的安裝方式，通過同樣的安裝設備能夠在2s至10s完成一個產品的焊接，相比于榫卯結構連接具有更便于節點的加工和安裝；(3)焊接節點的力學性能高于木質基材，焊接接頭強度與PVAc粘合劑強度相當，能夠有效替代粘合劑的連接方式；(4)新技術能夠實現全生命周期的綠色環保可回收利用，焊接過程不產生任何對環境有害物質，采用木榫焊接便于再次回收利用。因此，綜上所述，木榫旋轉摩擦焊接技術能夠有效減少在現代木結構建筑與實木家具制造領域對金屬和石化產品的過度使用，大幅度提高生產率并降低生產成本，成為金屬連接件、榫卯結構以及粘結劑等連接方式的有效替代方案。

木材主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，木質素在高溫條件下能夠發生軟化，產生類似熱塑性膠粘劑的作用。木材焊接技術是利用兩個界面之間的摩擦產生熱量，引起木質素等具有熱塑性性質的物質發生軟化、熔融，在界面層對纖維進行包覆之后，再冷卻固化形成具有一定強度的焊接節點。應用木榫摩擦焊接技術作為木結構構件的連接方式，主要包含兩種形式：(1)木榫直接貫穿兩塊木質基材；(2) 木榫貫穿一塊木質基材并且在另一塊木質基材中僅達到一定深度而不貫穿。作為新型的木材連接技術，摩擦焊接節點的抗拔性能一直作為研究多因素對連接節點強度影響的重要衡量指標，自1997年木材的旋轉焊接和振動焊接技術被提出以來，經過20多年不斷探索與研究，影響木榫旋轉摩擦焊接抗拔性能因素主要包括焊接溫度、焊接界面的預處理方式、木榫的旋轉速率、插入速率、木榫采用的樹種種類、木榫直徑、焊接深度、鉆孔方向、木質基材與木榫的平衡含水率之差以及木榫與木質基材預留孔的直徑之差等。盡管多年來國內外學者圍繞著木榫旋轉摩擦焊接技術已經展開了大量的試驗與理論研究，但是已發表的研究成果多數只是研究出單一影響因子對焊接接頭強度的作用機理，而對于多因子綜合作用機理以及焊接接頭的強度確定方法依然是亟待解決的重要問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種木榫旋轉摩擦焊接抗拔承載力預測方法，為現代木結構建筑與實木家具制造領域中木結構構件連接采用木榫旋轉焊接技術提供了精確地計算方法，很好的解決了長久以來該項技術缺乏多因子預測焊接節點抗拔強度計算的理論依據這個重要問題，更便于將該項創新技術更加廣泛的應用于木結構產品的加工制作中。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種木榫旋轉摩擦焊接抗拔承載力預測方法，依據多元線性回歸方法，則所述高速旋轉誘導木榫摩擦焊接抗拔承載力為F_ax,90，其表達式為公式(1)，

F_ax,90＝A·d^B·L_eff^C·ρ^D (1)

其中：

F_ax,90–焊接方向垂直于木質基材木紋方向的節點抗拔承載力大小，N；