[發明專利]一種高速旋轉誘導木銷釘摩擦焊接抗拔承載力預測方法

在審

• 申請號: 202110181111.7
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN113282869A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 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: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 王曉麗

本發明公開一種高速旋轉誘導木銷釘摩擦焊接抗拔承載力預測方法，采用多元非線性回歸方法，所述高速旋轉誘導木銷釘摩擦焊接抗拔承載力為，其表達式為公式。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銷釘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

本發明屬于現代木結構建筑與實木家具制造領域，具體涉及木結構一種高速旋轉誘導木銷釘摩擦焊接抗拔承載力預測方法。

背景技術

高速旋轉誘導木銷釘摩擦焊接技術是一種新型無粘合劑的木材連接方法，即通過專業焊接設備在木質基材的預鉆孔中插入直徑較小定位木銷釘，通過高速旋轉引起木銷釘與預鉆孔壁的摩擦升溫，促使交界面處的聚合物材料(如木質素和半纖維素)的軟化和流動，這些物質冷卻后會形成硬質化合物，從而將木銷釘與木質基材粘合在一起。高速旋轉誘導的木銷釘摩擦焊接節點的平均抗拔強度接近于PVAc膠合連接方式，具有巨大的工程應用潛力?，F代木結構建筑與實木家具領域木質構件間的連接主要采用釘連接、螺栓連接、榫卯連接和膠接等形式，相比于這些連接方式，新技術具有一些獨有的特性，其中包括:(1)新技術避免了傳統連接方式對原有木結構產品表面的破壞，能夠保留木結構構件原有的木材天然色澤；(2)簡化了榫卯連接和膠接的連接方式和施工工藝流程，通過采用自攻螺釘相同的安裝方式和安裝設備，能夠在2s至10s完成一個產品的焊接；(3)焊接接頭強度與PVAc粘合劑強度相當，能夠有效替代傳統粘合劑的連接方式； (4)新技術真正實現了材料的可持續利用，有效實現了從構件的加工、安裝、使用、維護和回收的全生命周期有害物質零排放。因此，綜上所述，高速旋轉誘導木銷釘摩擦焊接技術作為一種創新的連接方式，能夠有效減少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，大幅度提高施工效率并降低生產成本，具由巨大的商業推廣價值。

高速旋轉誘導木銷釘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)木銷釘直接貫穿兩塊木質基材；(2)木銷釘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。由于木材主要由纖維素、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，這便使得高速旋轉誘導木銷釘摩擦升溫軟化木質素成為可能。通過高速旋轉誘導技術能夠使得上述兩種連接方式的焊接界面間摩擦生熱，從而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。木結構節點連接的性能主要取決于連接件的抗拔性能，因此，自1997年木材的旋轉焊接和振動焊接技術被提出以來，國內外的專家學者一直將影響木銷釘旋轉摩擦焊接抗拔性能因素作為主要的研究對象，寄希望于進一步提升焊接節點的抗拔性能，這些影響因素主要包括焊接溫度、焊接界面的預處理方式、木銷釘的旋轉速率、插入速率、木銷釘采用的樹種種類、木銷釘直徑、焊接深度、鉆孔方向、木質基材與木銷釘的平衡含水率之差以及木銷釘與木質基材預留孔的直徑之差等。在這些影響因素中，旋轉轉速、木材種類、木銷釘的有效焊接深度以及木銷釘的直徑是影響焊接接頭性能的關鍵因素。盡管多年來國內外學者圍繞著高速旋轉誘導木銷釘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，至今尚缺乏基于多因子綜合作用機理的焊接節點抗拔承載力預測公式，這直接制約了該項新技術在現代木結構建筑與實木家具工業領域的進一步推廣和應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高速旋轉誘導木銷釘摩擦焊接抗拔承載力預測方法，本發明的計算公式能夠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銷釘旋轉焊接技術提供精確地計算方法，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：