CN107341310A - 一种分析测试木制品锁扣力学性能的方法 - Google Patents

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贾娜
刘曼曼
花军
毛磊
白雪
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Northeast Forestry University
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Abstract

本发明涉及结构力学性能测试领域，具体涉及一种分析测试木制品锁扣力学性能的方法。本发明的目的是为解决现有技术在测量木制品锁扣结构的力学性能数据时，采用接触式测量，会对木制品锁扣结构造成破坏以及木制品锁扣结构进行力学性能测试，需要在实验室条件下进行的问题。利用扫描仪采集木制品锁扣的三维结构数据；利用三维软件建立木制品锁扣各部分结构的模型，并将模型进行装配；利用有限元分析软件进行静力学结构分析，获得木制品不同锁扣结构的强度、刚度的力学性能。本发明适用于结构较为复杂和尺寸较小的木制品锁扣结构的力学性能测试。

Description

一种分析测试木制品锁扣力学性能的方法
技术领域
本发明涉及结构力学性能测试领域，具体涉及一种分析测试木制品锁扣力学性能的方法。
背景技术
结构无处不在，大道桥梁、建筑、飞机和船舶，小到机器设备零部件，结构力学性能主要包括结构的强度、刚度等，结构力学性能测试对于产品的优化设计、节省材料、减低能耗、安全保障极为重要。结构力学性能测试为鉴定结构提供重要依据，通常分为三类：模型测试，真实结构部件测试、结构实验。
现有的建模方法主要采用几何建模，几何建模的前提是已知木制品锁扣结构的具体尺寸或二维工程图。在测量木制品锁扣结构的尺寸数据时，采用接触式测量，运用量具或量仪的感受元件通过与被测表面直接接触获得测量信息。对于结构较为复杂和尺寸较小的木制品锁扣结构采用接触式测量时，测量精度低，会对木制品锁扣结构造成破坏，使得测量不可重复进行。同时，木制品锁扣结构进行力学性能测试，需要在实验室条件下进行是现有技术急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术在测量木制品锁扣的力学性能相关数据时，采用接触式测量，会对木制品锁扣结构造成破坏，并且木制品锁扣结构进行力学性能测试，需要在实验室条件下进行的问题，提供一种应用逆向设计和有限元分析测试木制品锁扣力学性能的方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种分析测试木制品锁扣力学性能的方法，包括以下步骤：
步骤a、运用三维扫描仪对待测木制品锁扣各部分的结构数据进行采集和处理，实现逆向设计过程；
步骤b、根据步骤a得到的木制品锁扣的结构数据编辑木制品锁扣各部分的模型；
步骤c、对步骤b编辑完成的木制品锁扣各部分的模型进行装配；
步骤d、根据步骤c得到的木制品锁扣的装配体建立有限元模型，进行静力学结构分析，获得被测试木制品锁扣的强度、刚度；
步骤e、根据步骤d得到的力学性能指标对不同木制品锁扣做出评价。
进一步地，所述步骤b和步骤c中编辑和装配木制品锁扣结构的模型的过程通过三维软件UG、Pro Engineer或Solid Works实现。
进一步地，所述步骤d包括以下步骤：
步骤d1、启动有限元分析软件并建立分析项目，将步骤c得到的木制品锁扣的装配体导入有限元分析软件建立有限元模型；
步骤d2、在材料库中添加材料并且选择木制品锁扣的装配体的材料属性；
步骤d3、对装配体进行网格划分，装配体中的锁扣结构连接部分进行局部网格划分；
步骤d4、根据木制品锁扣的测试要求对装配体施加载荷，并设置边界条件；
步骤d5、设置木制品锁扣装配体的求解项，求解并查看分析结果，进而获得木制品锁扣的强度、刚度。
进一步地，所述步骤d中使用的有限元分析软件是ANSYS、ADINA或ABAQUS软件。
有益效果：
第一，本发明的一种分析测试木制品锁扣力学性能的方法，利用扫描仪采集木制品锁扣的三维结构数据；利用三维软件建立木制品锁扣结构的模型，并将模型进行装配；利用有限元分析软件进行静力学结构分析，获得木制品不同锁扣结构的强度、刚度的力学性能，整个过程通过扫描仪和计算机软件实现，避免直接接触被测试样品，不会对木制品锁扣造成破坏；
第二，测试过程通过计算机实现，不需要在实验室条件下进行，突破了场地和测试条件的限制。
附图说明
图1本发明的方法流程图；
图2木制品锁扣结构榫头的模型图；
图3木制品锁扣结构榫槽的模型图；
图4木制品锁扣结构锁定元件的模型图；
图5木制品锁扣结构的装配体模型；
图6木制品锁扣结构装配体有限元网格划分；
图7木制品锁扣结构装配体有限元网格划分局部细节图。
具体实施方式
结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种分析测试木制品锁扣力学性能的方法流程图如图1所示，具体步骤包括：
步骤a：用精度为0.05mm的三维扫描仪对木制品锁扣各部分结构进行扫描，然后对扫描数据进行处理，并以solidworks能够打开的stp格式保存；
步骤b、利用三维软件solidworks对步骤a中获得的木制品锁扣的结构数据编辑木制品锁扣各部分的的模型，得到的锁扣结构榫头的实体模型如图2所示，榫槽的实体模型如图3所示，锁定元件的实体模型如图4所示；
步骤c、利用三维软件slidworks对步骤b编辑的木制品锁扣各部分的模型进行装配，得到木制品锁扣结构的装配体模型，如图5所示；
步骤d、根据步骤c得到的木制品锁扣的装配体建立有限元模型，进行静力学结构分析，获得被测试木制品锁扣的强度、刚度等力学性能，具体步骤包括：
步骤d1、启动有限元分析软件并建立分析项目，将步骤c得到的木制品锁扣的装配体导入有限元分析软件建立有限元模型；
步骤d2、在材料库Engineering Data中添加密度板的弹性模量1.2×104MPa，泊松比0.25，密度0.9288g/cm3和硬质塑料的弹性模量8.3×103MPa，泊松比0.28，密度1.143g/cm3并且选择木制品锁扣的装配体的材料属性；
步骤d3、对装配体进行网格划分，结果如图6所示，对装配体中的锁扣结构连接部分进行局部网格划分，细节局部如图7所示；
步骤d4、根据木制品锁扣的三点抗弯强度测试要求对装配体施加载荷330N的力；
步骤d5、设置木制品锁扣的装配体的求解项，求解并查看分析结果，进而获得木制品锁扣的强度、刚度等力学性能。

Claims (4)

1.一种分析测试木制品锁扣力学性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、运用三维扫描仪对待测木制品锁扣各部分的结构数据进行采集和处理，实现逆向设计过程；
步骤b、根据步骤a得到的木制品锁扣的结构数据编辑木制品锁扣各部分的模型；
步骤c、对步骤b编辑完成的木制品锁扣各部分的模型进行装配；
步骤d、根据步骤c得到的木制品锁扣的装配体建立有限元模型，进行静力学结构分析，获得被测试木制品锁扣的强度、刚度；
步骤e、根据步骤d得到的力学性能指标对不同木制品锁扣做出评价。
2.根据权利要求1所述的一种分析测试木制品锁扣力学性能的方法，其特征在于，所述步骤b和步骤c中编辑和装配木制品锁扣结构的模型的过程通过三维软件UG、Pro Engineer或Solid Works实现。
3.根据权利要求1所述的一种分析测试木制品锁扣力学性能的方法，其特征在于，所述步骤d包括以下步骤：
步骤d1、启动有限元分析软件并建立分析项目，将步骤c得到的木制品锁扣的装配体导入有限元分析软件建立有限元模型；
步骤d2、在材料库中添加材料并且选择木制品锁扣的装配体的材料属性；
步骤d3、对装配体进行网格划分，对装配体中的锁扣结构连接部分进行局部网格划分；
步骤d4、根据木制品锁扣的测试要求对装配体施加载荷，并设置边界条件；
步骤d5、设置木制品锁扣装配体的求解项，求解并查看分析结果，进而获得木制品锁扣的强度、刚度和稳定性。
4.根据权利要求1所述的一种分析测试木制品锁扣力学性能的方法，其特征在于，所述步骤d中使用的有限元分析软件是ANSYS、ADINA或ABAQUS软件。
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