The effect of joint forms (Shape) and dimensions on the strengths of mortise and tenon joints

Yakın zamana kadar birleştirmeler ile ilgili detaylar çoğunlukla deneme yanılma metotlarına dayaiı geleneksel bir kapsamda değerlendiriliyordu. Günümüzde mobilya mühendislik tasarımında önceden belirlenmiş dirençte birleştirmelerin sağlanması gerekli görülmektedir. Bu bakımdan, çalışmada nominal olarak aynı şartlarda ve farklı biçimlerde yuvarlatılmış lamba-zıvana, dikdörtgen lamba-zıvana, dikdörtgen zıvanalı/yuvarlatılmış lambalı birleştirmelerin direnç değerleri araştırılmıştır. Ayrıca, her uç biçimi farklı kayıt genişliklerinde ve iki zıvana genişliğinde karşılaştırılmıştır. Sonuçlar dikdörtgen zıvanalı birleştirmelerin hem yuvarlatılmış zıvanalı hem de dikdörtgen zıvanalı/yuvarlatılmış lambalı birleştirmelerden yaklaşık % 15 daha dirençli olduğunu göstermiştir. Ayrıca; birleştirme geometrisi birleştirmelerin direnci üzerinde önemli derecede etkili çıkmıştır. Zıvana genişliği ve uzunluğu arttıkça birleştirmelerin direnci iyileşmiştir. Lambalı zıvanalı birleştirmelerde uç formlarının birleştirme direnci üzerinde fark edilir derecede etkili olduğu görülmüştür. Örneğin, dikdörtgen lambalı zıvanalı birleştirmeler yuvarlatılmış lambalı zıvanalı birleştirmelerden daha dirençli bulunmuştur. Fakat bu durum yuvarlatılmış lambalı zıvanalı birleştirmelerin sandalye konstrüksiyonlarında kullanımını kısıtlamaz, bilakis yuvarlatılmış lambalı zıvanalı birleştirmeler iç gerilmeleri yuvarlatılmış zıvanalara daha yeknesak dağıtarak ayak eiemanlarindaki çatlama riskini düşürürler ve bundan dolayı sandalye iskeletlerinde ön ayak/yan kayıt bağlantılarında kullanılabilirler. Ancak üçüncü tip birleştirme şekli olan dikdörtgen zıvanalı/yuvarlatılmış lambalı birleştirmeler sandalye konstrüksiyonları için tatminkâr bulunmamıştır.

Lambalı-zıvanalı birleştirme direnci üzerine birleştirme şekil ve boyutunun etkisi

Until recently, detailing of joints was largely a matter of tradition, based on trial and error methods. However, in the engineering design of furniture, it is necessary for designers to create joints with a specified strength. This study was undertaken accordingly, to obtain the strength of round tenon/round mortise, rectangular tenon/rectangular mortise and rectangular tenon/round mortise joints assembled under nominally identical conditions with different end configurations. In addition, each end configuration was compared at rail widths, each with 2 widths of tenon. The results showed that rectangular end mortise and tenons are about 15% stronger than both round end mortise and tenons and rectangular end tenons fitting into round end mortise joints. Meanwhile, joint geometry has a significant effect on the strength of those particular joints. As tenon width and length were increased, the strength of the joint was correspondingly improved. The type of mortise and tenon end has an appreciable effect on the breaking strength of the joints as rectangular end mortise and tenons are stronger than round end mortise and tenon joints; however, this does not limit the use of round end mortise and tenon joints in chair construction. It may actually be advantageous to use round end tenon and mortise joints for the front leg/side rail joint in a chair frame as the internal stresses may be more uniformly distributed over the rounded ends of the mortise, thus reducing the risk of splitting the leg member. The third type of construction, with a square end tenon fitting into a round end mortise, was, however, less satisfactory.

PDF

___

Alexander, John. 1994. Making a Chair from a Tree: An Introduction to Working Green Wood. Enlarged Edition. Astragal Press. Mendham, New Jersey. 132 pp.
Eckeiman, C.A. 1970. Chair stretchers and spindles prove tough after testing. Furniture design and manufacturing. 42: 220-223.
Eckeiman, C.A. 1971. Bending strength and moment-rotation characteristics of two-pin moment resisting dowel joints. Forest Products Journal. 21: 35-39.
Eckeiman, C.A. 1980. The bending strength of furniture joints constructed with metal tooth connector plates. International Journal of Furniture Research. 2: 12-14.
Eckeiman, C.A. 1998. Holding strength of t-nuts in solid wood and wood composites. Holz als Roh- und Werkstoff. 56: 253-258.
Eckeiman, C.A. 2003. Textbook of Product Engineering and Strength Design of Furniture. Purdue University Press. West Lafayette, IN., USA.
Eckeiman, C.A., H. Akcay, R. Leavitt, E. Haviarova. 2002. Demonstration building constructed with round mortise and tenon joints and salvage material from small-diameter tree stems. Forest Products Journal. 52: 82-86.
Eckeiman, C.A., E. Haviarova, Y. Erdil, H. Akcay, A. Tankut, N. Denizli. 2004. Bending moment capacity of round mortise and tenon furniture joints. Forest Products Journal. 54: 192-197.
Forest Products Laboratory. 1999. Wood Handbook: Wood as an Engineering Material. Gen. Tech. Rept. FPL-GTR-113. USDA Forest Serv., Forest Prod. Lab., Madison, Wis. 463 pp.
Haviarova, E., C. Eckeiman, and Y. Erdil. 2001a. Design and testing of wood school desk frames suitable for production by low technology methods from waste wood residues. Forest Products Journal. 51: 79-88.
Haviarova, E., C. Eckeiman, and Y. Erdil. 2001b. Design and testing of environmentally friendly wood school chairs for developing countries. Forest Products Journal. 51: 58-64.
Örs.Y., H. Efe. 1998. Mobilya (çerçeve konstrüksiyon) tasarımında bağlantı elemanlarının mekanik davranış özellikleri. Turk. J. Agric. For. 22:21-28.
Rabiej, R. 1979. Investigations on the deflection of glued corner joints with constant loading. Untersuchungen zur verformung geklebter. Holztechnologie. 20: 91-96.
Tankut, A., N. Denizli-Tankut, C. Eckeiman, H. Gibson. 2003. Design and testing of bookcase frames constructed with round mortise and tenon joints. Forest Products Journal. 53: 80-86.