基于現代設計方法的座椅設計

Value Engineering●43●基于現代設計方法的座椅設計Seat Design Methods Based on Modern Design劉棟Liu Dong(武漢理工大學(xué),武漢430070)(Wuhan Univesity of Technology , W uhan 430070,China )摘要:本文選取現代設計方法中的計算機輔助造型設計與有限元校核的設計方法設計一款美觀(guān)實(shí)用的座椅。通過(guò)UG三維繪圖軟件對一藝術(shù)造型的椅子進(jìn)行外觀(guān)造型設計,然后通過(guò)有限元分析軟件對椅子底座的強度進(jìn)行校核，確保其具有美觀(guān)實(shí)用,具有一定的使用強度。Abstract: This paper selects the conputer- aided deign and finite element design method to design a beautiul and practical sea, conducts exteriordeign for the art form chair by UG three-dimensional druwing softwar, and checks the strength of the chair base by finite element analysis software toensure the seat beautiful, practical, and useful.關(guān)鍵詞:現代設計;計算機造型;有限元法Key words: moderm design; computer modeling; finite element method中國分類(lèi)號:THI22文獻標識碼:A文章編號:1006- 4311(2011 )18-0043-010引盲時(shí)所受力不大，可以不進(jìn)行受力情況分析。椅子底座由鋼管彎曲而在物質(zhì)發(fā)達的今天，對工業(yè)生產(chǎn)和生活中的產(chǎn)品要求越來(lái)越成,形狀、 受力情況復雜,用傳統方式計算比較困難，采用有限元方高，而用傳統的設計方法很難達到，會(huì )用到各種現代設計方法,比較法對其進(jìn)行分析速度較快，且精度高,能通過(guò)應力圖顯示及時(shí)發(fā)現常見(jiàn)的有計算機輔助設計、優(yōu)化設計、有限元分析、可靠性設計等。其應 力集中部位,方便驗證強度。1計算機輔助造型設計2.2本產(chǎn)品的有限元法設計過(guò)程利用ANSYS有限元軟件建1.1造型設計概述造型設計( modeling design)是 工程技術(shù)與立底座 線(xiàn)框模型,定義材料,設定鋼管直徑和一些參數，在底座與座美學(xué)藝術(shù)相結合的一種新的設計方法,它要求在保證產(chǎn)品的實(shí)用性椅接觸點(diǎn) 上施加-定的載荷,可以通過(guò)軟件計算處底座各部分的應前提下,對產(chǎn)品外觀(guān)進(jìn)行藝術(shù)化的創(chuàng )新設計,使得產(chǎn)品美觀(guān)。造型設力的值。計不同于一般的藝術(shù)設計 ,它必須與工程實(shí)際相結合,注重產(chǎn)品的2.2.1 查看底座變形程度ANSYS 可以計算出向下的最大變形實(shí)用性。本文采用的時(shí)計算機輔助下的造型設計方法,通過(guò)UG三值。 由變形的遠度矢量圖看到底座各部分的變形程度與方向，與椅維繪圖軟件對產(chǎn)品進(jìn)行建模,完成外觀(guān)曲面的設計,并通過(guò)圖像渲背后 端接觸的部分變形量最大，兩斜向支撐管也產(chǎn)生微量的彎曲，染技術(shù),產(chǎn)生產(chǎn)品的虛擬圖像，保證最終產(chǎn)品的具有比較好的外觀(guān)。但彎 曲量很小,不影響使用。1.2本產(chǎn)品的造型設計過(guò)程2.2.2查看正應力強度1.2.1建立椅背模型首先建立椅背側面的曲線(xiàn),在靠背處設計一定弧度與仰角,在座椅處設計為有一定弧度,椅子橫截面也設計為具有-定向下的弧度,符合人體工程學(xué)要求,保證人坐在椅子上的舒適性。然后通過(guò)UG相關(guān)工具建立沿曲線(xiàn)的薄板,生成椅背大致模型。1.2.2 對椅背造型進(jìn)行修飾、建立椅子底座模型以及整體轉配圈2變形的速度矢量圖、鋼管軸向正應力團以及第一主應力分布云團后進(jìn)行渲染上面生成的模型比較粗糙,棱角突出,進(jìn)行圓角操作，由ANSYS計算可以得到底座各部分軸向正應力的分布情況,使產(chǎn)品具有流線(xiàn)型外觀(guān)。椅子底座采用鋼管彎曲后制成，首先建立與椅背接觸的部分雖然不直接承受軸向壓力,但由于彎曲的原因會(huì )基準曲線(xiàn)，再通過(guò)圓截面掃略生成，造型上與椅背的流線(xiàn)型外觀(guān)進(jìn)產(chǎn)生較小的軸向正應力。兩邊的支撐管由于直接支撐椅背的荷載，.行配合,保證了產(chǎn)品的整體風(fēng)格;將椅背與底座裝配好后,采用UG軸向正應力相對比較大,但一般小于目前大多數結構剛屈服強度值的渣染功能對模型進(jìn)行上色與光照處理，使人可以直現看到產(chǎn)品成的一 平以上，軸向滿(mǎn)足正成力強度要求。型后的效果圖，可以方便的對產(chǎn)品外形進(jìn)行評判。2.2.3查看第一主應力分布云圖由于底座各部分手里并不單2有限元法設計單只是受軸向壓力、扭轉力與剪切力的某一種,所以再進(jìn)一步建立底座的體模型，通過(guò)ANSYS求解后得到底座第-主應力分布云圖。最大主應力值反映了結構某-點(diǎn)處受的最大應力的值。最大與最小主應力都集中在底座下端與支撐管連接的圓角處，此處圓弧外側為受拉狀態(tài),內側為受擠壓狀態(tài)。圈1橋背、底座以及最終效果團3結束語(yǔ)2.1有限元法設計概述有限元法也叫有限單元法(finite本文通過(guò)實(shí)際例子,對現代設計方法中的計算機輔助造型和有element meod,FEM),是隨著(zhù)電子計算機的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)限元法的優(yōu)點(diǎn) 進(jìn)行了途釋?zhuān)@兩種方法快捷有效，設計人員勞動(dòng)強的一種彈性力學(xué)問(wèn)題的數值求解方法。通過(guò)將要求解的單元離散度低， 設計出的產(chǎn)品也具有較高的質(zhì)量,為工程設計人員的工作提化，每個(gè)微小單元的受力就比較簡(jiǎn)單,對每個(gè)微小的單元進(jìn)行力學(xué)、供I很力場(chǎng)或熱力學(xué)情況分析后再匯總成整個(gè)系統的受力情況，可以得到參中國煤化工與現實(shí)情況下有很高吻合度的結果，在現代計算機的幫助下可以實(shí)川MYH? 2004.現精度很高的計算，適用于形狀或受作用力、溫度變化情況復雜的[2]武C N M H G.科技創(chuàng )新導報.2008系統進(jìn)行分析,可以使設計者在產(chǎn)品設計過(guò)程中就驗證產(chǎn)品的結構[3]劉恒,虛烈,謝友柏現代設計方法與新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，中國機械工程，合理性。本文設計的椅背由鋼板彎折后附上海綿與皮革而成,使用199,19(1.[4]楊曉琪， 李福群Uc NX5.0中文版機械設計從入門(mén)到精通,機械工業(yè)出版社2008.0作者簡(jiǎn)介:劉棟( 1985- ),男,湖北威寧人,碩士,研究方向為機械工程及自動(dòng)化。[5]刑靜忠ANSYS應用實(shí)例與分析,科學(xué)出版社2006.