弯曲成型和锯制加工弯曲木强度分析理论-东北林业大学林业与木工.docVIP

弯曲成型和锯制加工弯曲木强度理论 赵辉 马岩 东北林业大学 哈尔滨 150040 摘要：本文对弯曲木的弯曲成型和锯制加工方法进行了分析，解释了两种加工方法的纤维分布情况下强度差别的理论值变化的原因，并结合材料力学理论对两者的强度进行了定量分析，应用本文提出的理论基本可以根据材种不同的构件直接对比弯曲成型和锯制加工弯曲木的强度变化，该理论为弯曲木的两种加工方法在木材工业上的合理应用提供了理论基础。 关键词：弯曲；锯切；强度；弯曲木 The Strength Theory of Bending Wood and Sawed Curve Wood Zhao Hui Ma Yan Northeast Forestry University of China Harbin 150040 Abstract: the curve wood is often produced by two methods, bending or being sawed, the former is about timber is pressed to certain curve shape, the latter is made from timber sawed to the curve by slim band saw, and milled to certain shape, which strength is reduced for much wood fibrin is cut off. In this paper, it will be expatiated to the difference in strength of two kind of curve wood, this theory is the base to the proper application of the two methods in the industry. Key words: Bending; Sawing; Strength 弯曲形状的木制品构件一般有两种加工方法：弯曲成型和锯制加工。弯曲成型是用高温高压的方法处理以后加压弯曲成型的方法，将直木纤维按弯曲曲线走向直接制成各种曲线型的构件，锯制加工法是用细木工带锯等设备锯割成设计的曲线型，再铣削加工成型，加工过程中靠近构件边缘部位有大量木纤维被割断，使零件强度大幅度降低。本文将从理论上说明两种方法的强度差异，从而为两种方法在工业上的合理应用提供基础理论。 1 木材弯曲成型和锯制加工方法分析 木材受到弯曲扭矩作用时，形成曲线，在凸面点产生拉伸应力，凹面点将产生压缩应力。从表面到中间层逐渐减小，中间没有应力的纤维层是中性层。如果弯曲材料的纤维方向是沿原料纵向平行分布的，则弯曲后形成构件的纤维方向仍和边缘平行，呈同心圆分布，如图1所示的弯曲木，此构件受到理想均布扭矩作用下，破坏可能性最大的断裂是弯曲面边缘点纤维劈裂。 锯制加工弯曲构件方法是使用细木工带锯机等设备和木工铣床完成的，但锯切加工过程中有大量木纤维被割断，如图2所示，此构件破坏的最大可能性是沿边缘纤维切断的各点处劈裂，弯曲构件在切断纤维之间的抗剪切力非常小，所以极容易破坏，本文将从理论上初步证明。 木材是典型的各向异性材料，在三个方向上具有不同的力学性质。通常纵向 L 许用抗拉应力较大，径向 L 和弦向 T 较小，次序[σ]L?[σ]R?[σ]T，[σ]L /[σ]T的比值介于12:1和58:1左右的范围。 2 强度分析 为了分析两种加工方法的强度，假设木材是各向同性的，为了计算方便，我们受弯构件可以假设为多层叠加材料，在不考虑剪切应力复合作用时，可以借用材料力学理论进行分析。假设弯曲成型构件在受到一定扭矩下，受到弯曲应力破坏时，不计剪切的影响（由于纤维没有切断，不存在剪切应力集中源）。具体分析如下： 2.1 弯曲成型构件受弯时破坏点的应力 （1） 式中：ymax1——弯曲构件1上距中性层的最大距离； IZ1——弯曲构件1对Z1轴的抗弯惯矩； M1——加在弯曲构件1上的力矩。 在纤维连续分布情况下，要保证弯曲成型弯曲木具有足够强度，破坏点应力要小于木材的静曲强度，即 （2） 从（2）式可以导出弯曲构件所能承受的最大弯矩是： （3） 如果构件的危险截面是矩形，令： 同时对于矩形截面的弯曲构件 （4） 则 （5） 式中：h1——弯曲构件1截面高度； b——弯曲构件1截面宽度。 图1 弯曲成型弯曲木 图2 锯制加工弯曲木 图中：r——曲率中心半径； Z1、Z2——抗弯惯矩中性轴。 2.2锯制加工弯曲木的强度分析 锯切加工弯曲木构件的纤维方向如图2所示，假设在图中与纤维平行的方向对称作用的弯矩M2的作用下，最大弯矩将在B-B平面产生剪切应