弯曲木成型加工和锯裁加工强度理论分析.doc-东北林业大学林业与.docVIP

弯曲木成型加工和锯裁加工强度理论分析 赵辉 陆怀民 (东北林业大学 哈尔滨 150040) 摘要：本文对弯曲木构件的弯曲成型加工法和锯裁加工方法进行了分析，解释了两种加工方法下纤维不同分布导致强度变化的原因，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直接对比弯曲成型和锯制加工弯曲木构件强度变化，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：弯曲木；锯裁；强度；成型加工 The Strength Theory of Bending Wood and Sawed Curve Wood Zhao Hui Lu Huaimin (Northeast Forestry University of China Harbin 150040 ) Abstract: The two methods of making curve woods are bending shape process or sawing, which are analyzed in this paper, the difference of fibrin distributing and the variety of strength that caused, are explained. The material mechanical theory is used to the numerical analysis of curve wood strength. Applying the theory from this paper, we can contrast the strength of bending wood and sawed wood with the kind of wood, and this theory is the base to the proper application of the two methods in the wood industry. Key words: Curve wood; Sawing; Strength；Shape process 弯曲形状的木制品构件一般有两种加工方法：弯曲成型加工和锯裁加工。弯曲成型法是将弯曲原料经过高温高压处理后加压弯曲成型的方法，将直木纤维按弯曲曲线曲率走向直接制成纤维分布矢量和弯曲曲率切线方向基本相同的各种曲线型构件；锯裁加工法是用细木工带锯等加工设备锯割成设计的曲线形构件，再经过铣削加工成型。加工过程中，纤维的纹理与构件走向的关系不作为加工的主要影响因素，靠近构件边缘部位有大量木纤维被割断，使弯曲木构件的强度大幅度降低。本文将从理论上说明两种方法的强度差异，并为两种方法在工业上的合理应用提供基础理论和强度判据。 1 木材弯曲构件的弯曲成型和锯裁加工方法分析 木材原料受到弯曲扭矩作用会产生弯曲变形，并在纤维受拉一侧产生拉伸应力，在纤维受压一侧将产生压缩应力。从表面到中间层逐渐减小，中间没有应力的纤维层称为中性层。如果弯曲原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，呈近似同心圆分布，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。 锯裁加工弯曲构件方法是使用细木工带锯机和木工铣床等设备完成的，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，所以极容易被破坏，下面将从理论上说明二种加工方法引起的强度差异。 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。通常木材纵向(L)许用抗拉应力较大，径向(L)和弦向(T)相对很小，次序[σ]L?[σ]R≈[σ]T，[σ]L /[σ]T的比值介于8:1和10:1左右的范围。 2 强度分析 为了分析两种加工方法的强度，假设木材是横观同性的，为了计算方便，对弯曲法加工的构件可以假设为各层纤维和中性层纤维近似平行分布的材料，在不考虑剪切应力复合作用时，可以借助材料力学理论进行分析。假设弯曲成型构件在受到恒定扭矩下，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： 弯曲成型构件受弯时破坏点的应力： （1） 式中：ymax1——弯曲构件1截面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。 图1 弯曲成型弯曲木 在纤维连续分布情况下，要保证弯曲成型弯曲构件具有足够强度，破坏点应力要小于木材的许