目前国内有关ANSYS等有限元分析软件在家具的力学分析与优化设计中的应用方面的研究极少,且可操作性不强。木材是各向异性材料,在用ANSYS进行实木家具强度分析时要用到相关木材的诸多参数,而这些参数需要花费较大的工作量。因此,国内有关研究多集中于板式家具的强度分析方面。本次研究立足于已有的相关研究的基础上,选取实木座椅作为家具强度分析对象。
选取的实木座椅材料为苹果梨木。座椅主要尺寸为:座面高430
mm,座面宽440
mm,座椅总高765
mm,座面深440
mm,符合人机工程学上对座椅的尺寸设计要求,座椅的结构也较为常见。运用有限元软件ANSYS对椅子的变形和应力情况进行分析。
采用三维建模软件Pro/Engineer建立椅子的模型。从Pro/E中导入到ANSYS中的有限元模型如图所示。
具体操作步骤为:依次选择Main
Menu>Pre-processor>Element
Type>Add/Edit/Delete命令,弹出Element
Type对话框,在对话框左侧选择Solid选项,在右侧列表中选择8node185(solid185)单元用于构造三维固体结构。单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着方向平移的自由度。单元具有超弹性、应力钢化、蠕变、大变形和大应变能力,然后单击K按钮。
当对果木座椅的座面和靠背分别施加6500 Pa的垂直载荷和6250 Pa的水平载荷时,椅子的最大变形产生在靠背的最上方,最大应力出现在座面附近的椅后腿上。结合试验数据,得出该座椅的结构设计是合的,强度是足够的。与传统的消耗大量试验材料的破坏性力学试验,以及和繁琐与不精确的理论计算分析法相比,运用有限元软件ANSYS对家具强度进行分析具有参数易于调整、求解迅速、计算精准、效果直观,可操作性强等诸多优点。分析者通过最终的分析结果,可以直观的了解家具各部分结构的强度情况,从而为其下一步的家具优化设计提供全方位的参考标准,并在很大程度上降低设计成本。作为一种科学的分析方法,有限元法在国外已经广泛运用,相信在我国也必将会有广阔的应用前景。
更多阅读:
加载中,请稍候......