CC BY
82
ДЕРЕВООБРАБОТКА
ПРОЧНОСТЬ УГЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ КОРПУСНОЙ МЕБЕЛИ ИЗ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ
Ю.Г. ЛАПШИН, проф. каф. сопротивления материалов МГУЛ, д-р техн. наук,
Д.В. ТУЛУЗАКОВ, доц. каф. сопротивления материалов МГУЛ, канд. техн. наук,
А.С. АРХИПОВ, асп. каф. сопротивления материалов МГУЛ
В настоящее время для быстрого и прочного соединения деталей мебели используются различные виды стяжек. Прочностные расчеты угловых соединений деталей проводили в 70-х гг. прошлого века [1], однако в настоящее время конструкции стяжек существенно изменились. В статье приведены результаты исследований прочности трех видов стяжек для угловых соединений, используемых в современном мебельном производстве.
В качестве расчетного был принят случай, при котором двухстворчатый шкаф нагружен горизонтальной силой 200 Н, как показано на рис. 1. Такой вариант приложения нагрузки может возникнуть при перемещении шкафа с одного места на другое, при этом в угловых соединениях мебели возникают значительные изгибающие моменты.
На рис. 2 представлена расчетная схема углового соединения, которая использовалась для экспериментального и теоретического анализа прочности стяжек. Значение сжимающих по гипотенузе усилий в 45 Н определены из условия равенства внутренних усилий, действующих в угловом соединении в случае нагружения шкафа горизонтальной силой в 200 Н (рис. 1) и расчетной схемы на рис. 2.
Вначале нами были проведены опытные испытания по определению разрушающих усилий угловых соединений ДСтП на трех видах стяжек - стяжка конфирмат, стяжка эксцентриковая арт. EC22ZL (эксцентрик 16 мм) Италия и стяжка коническая с упругим элементом «PERMO» Италия. Поскольку для точности сборки в заводских условиях часто используются шканты, то экспериментальные исследования прочности соединений проводили со шкантами и без шкантов. Угловые соединения на различных типах стяжек с размерами, указанными на рис. 2, были
lapshin@mgul. ac. ru
доведены до разрушения при помощи испытательной машины (табл. 1).
Примечание (виды стяжек):
I - соединение конфирматом (ДСтП плотностью р = 700кг/м3, предел прочности при изгибе о = 17,8 МПа);
II - соединение конфирматом (ДСтП плотностью р = 760кг/м3, предел прочночти при изгибе о = 19,2 МПа);
III - соединение стяжкой конической с упругим элементом «PERMO» (ДСтП плотностью р=700кг/м3, предел прочности при изгибе ои = 17,8 МПа);
IV - соединение стяжкой с упругим элементом и шкантом (ДСтП плотностью р = 700кг/м3, предел прочности при изгибе ои = 17,8 МПа);
V - соединение эксцентриковой стяжкой арт. EC22ZL (ДСтП плотностью р = 700кг/м3, предел прочности при изгибе ои = 17,8 МПа);
VI - соединение двумя шкантами без стяжки (ДСтП плотностью
р = 700кг/м3, предел прочности при изгибе ои = 17,8 МПа)).
На рис. 3-5 показан характер разрушения угловых соединений на конфирматах, эксцентриковой и конической стяжках.
Древесно-стружечные плиты при использовании конфирмата разрушаются по среднему слою, а разрушение соединений на эксцентриковых и конических стяжках происходит в результате выдергивания крепежных резьбовых элементов из пласти плиты.
При помощи метода конечных элементов был произведен расчет напряженнодеформированного состояния в древесностружечной плите при использовании стяжки типа конфирмат. Расчеты выполнялись с использованием программы Autodesk Inventor 2010 Beta [2] для расчетной схемы, представленной на рис. 1.
148
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2010
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Таблица 1
Результаты испытаний угловых соединений
№ образца Разрушающее усилие (Н)
I II III IV V VI
Среднее значение, Н 67,2 58,9 41,1 57,4 26,6 31,4
Сред.квадр. отклоненение, Н 9,4 5,2 5,9 7,2 4,1 4,0
Коэфф. вариации, % 13,93 8,81 14,45 12,62 15,37 12,76
Показатель точности, % 4,41 2,79 4,57 3,99 4,86 4,03
Сред.ошибка сред. арифм, Н. 2,98 1,6 1,9 2,3 1,3 1,3
Рис. 1. Расчетная схема шкафа
Рис. 2. Расчетная схема углового соединения
Рис. 3. Угловое соединение на конфирмате после разрушения
а
б
Рис. 4. Угловое соединение: а - на эксцентриковой стяжке после разрушения; б) на конической стяжке после разрушения
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2010
149
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Таблица 2
Результаты расчетов соединения плит конфирматом
Точка № Толщина,мм уу,МПа уz,МПа фху,Мпа
Точка 1 0 1,05 -1 -0,03
Точка 2 4 0,9 -0,54 -0,03
Точка 3 8 0,54 -0,2 -0,15
Точка 4 12 0,135 0 -0,2
Точка 5 16 -0,24 0,15 -0,2
Таблица 3
Показатели прочности плиты в точках 1-5.
Точка № а+в1 а в1 а+в2 а в2 Тв0 Т в45 Т в45
Точка 1 15 15 1 15 1 1,2 1
Точка 2 12,5 12,5 0,8 12 0,8 0,8 0,8
Точка 3 10 10 0,6 10 0,6 0,6 0,6
Точка 4 12,5 12,5 0,8 12 0,8 0,8 0,8
Точка 5 15 15 1 15 1 1,2 1
Рис. 5. График распределения критерия прочности по толщине плиты (соединение типа конфирмат)
Результаты расчетов напряжений, выполненных МКЭ, в пяти точках по толщине плиты для стяжки типа конфирмат приведены в табл. 2.
Оценку прочности в этих точках проведем по критерию Гольденблата-Копнова [3] по формуле
Па + Па +
11 у 22 z
+^/ПШ1а y + П2222а z + П1122а yaz + 4П1212Тху — 1
где постоянные П , П зависят от прочностных характеристик материала и являются ковариантными по отношению к изменению системы координат. Эти коэффициенты вычисляются по формулам
П11 = 1/а+в1 - 1/а-в1; П22 = 1/а+в2 - 1/а-в2;
П1111 = (1/а+в1 + 1/а-в1)2;
а 2)2'
П,_ = П„„ + П_ - (1/т+ + 1'-- ^2-
= (1/а+в2 + 1/а-в2)2
1122
2222
1111
2222 V ' в45
П117, = 1/ т20
1122 в0
+ 1/ Т-в45)
В перечисленных формулах приняты следующие обозначения
а+в1, а+в2 - пределы прочности при растяжении в главных направлениях анизотропии;
а-в1, а-в2 - пределы прочности при сжатии в главных направлениях анизотропии; тв0 - предел прочности при сдвиге по главным направлениям анизотропии; т+в45, т-в45 - пределы прочности при сдвиге под углом ±45° к главным направлениям анизотропии для двух направлений касательного напряжения.
Поскольку плита имеет различные значения прочности по толщине (неоднородность), значения пределов прочности приняты в соответствии с табл. 3 [4].
Распределение критерия прочности по толщине представлены на рис. 5.
Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:
- наибольшей прочностью обладают соединения на конфирматах;
- шканты воспринимают нагрузку порядка 15 Н и несколько увеличивают прочность соединения;
150
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2010
