一种家具结构节点抗弯疲劳强度测试装置及测试方法与流程

本发明涉及一种家具结构节点抗弯疲劳强度测试装置及测试方法，适用于为不同材质的家具结构优化、结构设计、接合研究和强度测试提供试验依据，属于材料与制品测试技术领域。

背景技术：

家具结构节点及接合处是家具使用过程中最易产生破坏的地方，对家具材质的性能、结构设计、接合强度要求最高，家具节点处的结构强度的检测与应力分析不仅影响家具设计师的造型设计，也对科研人员对于新材料的研发、家具整体结构的优化设计和家具新材料的高强度接合技术的研究有重大的理论和实践意义。

目前国内外对于家具结构节点及接合处的强度测试和应力分析，多采用静载荷破坏试验和有限元分析的方法。静载荷破坏试验是以家具结构的最大破坏载荷（或弯矩）来判断结构强度的，但经过前期试验论证得出，家具结构的破坏主要来源于结构件的疲劳破坏而非静力破坏；有限元分析是结合家具结构节点半刚性性质，通过模拟方法，了解家具节点内部的应力分布情况，单纯的家具部件有限元分析由于没有循环加载试验的基础，也没有考虑家具部件材料性能的差异，因而不能真实反映结构节点的强度，还未形成一套精度高、系统性强的分析方法。

目前国内外以对家具整体疲劳强度的测试作为产品标准，而对于家具结构节点或接合节点的疲劳强度并没有明确的测试方法和规范，其实，研究家具结构节点的疲劳强度更适合家具结构设计与研发，研究在不同家具材料、不同榫卯结构、不同金属连接件结构和不同胶种接合形式下的家具部件节点强度，目标更精准，投入也更小，灵活性更高。

技术实现要素：

本发明提出的是一种家具结构节点抗弯疲劳强度测试装置及测试方法，其目的是克服现有技术所存在的上述不足，可广泛应用于测试家具结构节点部件在受压或受压拉载荷时的抗弯疲劳强度及其耐久性，为不同材质的家具结构优化、结构设计、接合研究、结构节点强度与应变分布测试提供试验依据，对于家具新材料高强度接合技术的研发、家具整体结构优化设计技术的研究具有重要的理论指导意义和实际应用价值。

本发明的技术解决方案：一种家具结构节点抗弯疲劳强度测试装置，其结构包括工作台、加载单元和计算机控制系统，其中加载单元中的立柱12和试件夹持机构7都分别安装在工作台中的固定台板11上，分别通过固定台板11上的纵向或横向燕尾槽轨进行位置的安装、调节和锁紧，并实现对试件17的夹持和加载；计算机控制系统16通过旋转臂安装在工作台上，用于操控加载单元。

其测试方法，包括如下步骤：

（1）安装和夹紧试件；

（2）安装和调节加载头；

（3）设定力值并进行循环加载；

（4）加载试验由计算机控制系统自动控制和处理。

本发明的优点：

1）可广泛应用于测试家具结构节点部件在受压或受压拉载荷时的抗弯疲劳强度及其耐久性；

2）可为研究家具结构节点强度性能与应变分布提供试验依据，对于家具新材料高强度接合技术的研发、家具整体结构优化设计技术的研究具有重要的理论指导意义和实际应用价值；

3）可根据需要配置1组或多组加载单元，以适应不同数量试件的同时测试，测试试件可以是二维接合件、三维接合件或二维弯曲件等，其断面可以是方形或圆形或椭圆形等。

附图说明

图1是一种家具结构节点抗弯疲劳强度测试装置的局部结构示意图。

图2是拉压力加载头15的结构示意图。其可安装在拉压力传感器5的下端，与压力加载头6替换使用，分别实现一压一拉循环加载试验和加压循环加载试验。

图3是本发明的整体结构及试件安装夹紧示意图。可根据需要配置1组或多组加载单元，以适应不同数量试件的同时测试；计算机控制系统16可通过旋转臂安装在工作台1上，也可以单独操控台的形式分体设置；试件17安装在试件夹持机构7上并进行夹紧，以防止试件晃动、倾斜或旋转；压力加载头6对试件17进行加压循环加载试验。

图4是适用的家具结构节点试件示例。试件17可以是二维接合件、三维接合件或二维弯曲件等，其断面可以是方形、圆形或椭圆形等。

图中的1是位移传感器、2是导向杆、3是气缸、4是水平支架、5是拉压力传感器、6是压力加载头、7是试件夹持机构、8是机台架、9是分调节阀、10是总调压阀、11是固定台板、12是立柱、13是水平支架高度调节螺杆、14是支撑架、15是拉压力加载头、16是计算机控制系统、17是试件。

具体实施方式

一种家具结构节点抗弯疲劳强度测试装置，其结构包括工作台、加载单元和计算机控制系统，其中加载单元中的立柱12和试件夹持机构7都分别安装在工作台中的固定台板11上，并分别通过固定台板11上的纵向或横向燕尾槽轨进行位置的安装、调节和锁紧，并实现对试件17的夹持和加载；计算机控制系统16通过旋转臂安装在工作台上，用于操控加载单元。

所述的装置的工作台：包括机台架8、固定台板11和支撑架14，其中固定台板11和支撑架14安装在机台架8上。

所述的装置的加载单元：包括位移传感器1、导向杆2、气缸3、水平支架4、拉压力传感器5、压力加载头6（或拉压力加载头15）、试件夹持机构7、立柱12、水平支架高度调节螺杆13、分调节阀9和总调压阀10，实现对家具结构节点试件17的夹持和加载，其中位移传感器1、导向杆2、气缸3、拉压力传感器5都安装在水平支架4上；水平支架4安装在立柱12上，并通过调节螺杆13进行高度调节；立柱12和试件夹持机构7都分别安装在固定台板11上，并分别通过固定台板11上的纵向或横向燕尾槽轨进行位置的安装、调节和锁紧；拉压力传感器5的下端可锁紧连接两个可替换独立使用的压力加载头6或拉压力加载头15，分别实现加压循环加载试验和一压一拉循环加载试验，拉压力传感器5用于传导和回馈加载力的数据信息；气缸3实现压力加载头6或拉压力加载头15的往复直线滑移；位移传感器1实现压力加载头6或拉压力加载头15位置的实时反馈，便于记录试件变形或损坏程度；加载单元可以是1组或多组，以适应不同数量试件的同时测试；测试试件可以是二维接合件或三维接合件，其断面可以是方形或圆形或椭圆形。

所述的装置的计算机控制系统16：包括电脑显示屏、控制软件、信号放大器、数据采集卡等，通过旋转臂安装在工作台1上，用于操控加载单元，实现输入加载方式、指定载荷、观察传感器数值、设计停机方式、试验时间和数据的采集处理、图表绘制功能，实现实验人员对测试各个环节的精确操控和实时监控。

其测试方法，包括如下步骤：

（1）安装和夹紧试件；

（2）安装和调节加载头；

（3）设定力值并进行循环加载；

（4）加载试验由计算机控制系统自动控制和处理。

所述的步骤（1）安装和夹紧试件：确定待测家具结构节点的种类和测试要求，确定加载位置，将待测家具结构节点试件17安装在试件夹持机构7上，通过试件夹持机构7上的螺杆和夹具将试件夹紧，以防止试件晃动、倾斜或旋转。

所述的步骤（2）安装和调节加载头：通过立柱12和调节螺杆13调整水平支架4的高度及前后位置；将位移位移传感器1、导向杆2、气缸3、拉压力传感器5安装在水平支架4规定的位置；根据加压循环加载试验或一压一拉循环加载试验的测试要求分别选择压力加载头6或拉压力加载头15的类型，将其安装在拉压力传感器5的下端并锁紧，并使压力加载头6或拉压力加载头15与试件17的受载点保持在同一垂直线的规定位置。

所述的步骤（3）设定力值并进行循环加载：通过总调压阀10、分调节阀9和拉压力传感器5，并按照测试试验加载方式、加载频率、加载持续时间、试件破坏判定标准等设定的力值要求调节加载力，对试件17进行循环加载，并由位移传感器1和计算机控制系统16分别记录变形位移数值和试验次数。

所述的步骤（4）加载试验由计算机控制系统自动控制和处理：整个加载试验过程由计算机控制系统16自动控制、数据处理、实时监控、实时显示；控制系统会计算并输出结果，将施加的载荷按照预设的输出形式，自动输出数值和绘制相应图表；当试件17损坏达到设置的损坏程度即位移传感器1记录的变形位移数值超过一定范围，或测试达到规定试验次数后，加载试验会自动停机。

对照图1，是一种家具结构节点抗弯疲劳强度测试装置的局部结构示意图，加载单元的位移传感器1、导向杆2、气缸3都安装在水平支架4上；水平支架4安装在立柱12上，并通过调节螺杆13进行高度调节；立柱12和试件夹持机构7都分别安装在工作台的固定台板11上，并分别通过固定台板11上的纵向或横向燕尾槽轨进行位置的安装、调节和锁紧；试件夹持机构7用于对试件17的夹持；拉压力传感器5上端与气缸3相连，下端锁紧连接压力加载头6，实现加压循环加载试验，并用于传导和回馈加载力的数据信息；加载单元可以是1组或多组，以适应不同数量试件的同时测试；分调节阀9、总调压阀10、固定台板11和支撑架14安装在机台架8上。

对照图2，是拉压力加载头15的结构示意图，其可安装在拉压力传感器5的下端，与压力加载头6替换独立使用，分别实现一压一拉循环加载试验和加压循环加载试验。

对照图3，是本发明的整体结构及试件安装夹紧示意图。可根据需要配置1组或多组加载单元，以适应不同数量试件的同时测试；计算机控制系统16可通过旋转臂安装在工作台1上，也可以单独操控台的形式分体设置；试件17安装在试件夹持机构7上并进行夹紧，以防止试件晃动、倾斜或旋转；压力加载头6对试件17进行加压循环加载试验。

对照图4，是适用的家具结构节点试件示例，试件17可以是二维接合件、三维接合件或二维弯曲件等，其断面可以是方形、圆形或椭圆形等。