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五金连接件的有限元法改善家具的力学性能

2015-07-30 09:58:19   来源:家具源   评论:0 点击:收藏
摘要:将有限元法引入家具设计中有助于进步家具力学性能、进步设计效率。已有家具有限元剖析是对家具的整体进行建模、核算。实践家具在遭到外力时,五金衔接件起着至关首要的承载效果,有必要对五金衔接件进行专门的有限元剖析,确保其强度符合家具运用要求,并为五金衔接件构造改善供给首要参考。这篇文章选择了几种有代表性的五金衔接件进行剖析,可供家具设计者参考。 
  1 有限元法及其在家具设计中的运用 
  有限元法是以现代力学、运用数学为基础,以核算机及其技能为工具,以求解现代工程和科学技能中的力学问题为目的的数值仿真办法。有限元办法伴随核算机的呈现而鼓起和开展,现已在机械工程、动力工程、建筑工程等各工程范畴得到了广泛运用。有限元法的最大优点是通用性强,可对杂乱形状的物体进行建模和力学求解,核算的精度可以满足工程要求,可代替很多的实验和测试。近年来,国内家具行业也引入了有限元剖析技能[1],运用有限元来实现家具商品开发,这可以在很大程度上进步商品的质量,在开发的过程中可实现杂乱环境的再现,缩短商品的开发周期,降低成本,并且可以完成构造杂乱商品的操作和运用训练,仿真技能具有实物试验所无法比拟的优势,这些都为其在家具设计中的运用展现了光亮的前景[2]。 
  已有的家具有限元剖析根本都是针对家具的整体而建立有限元模型[3,4],进行整体的应力、位移场求解。这虽能在宏观上给出家具受必定外载荷时的应力和变形情况,但未思考在家具中衔接件的效果。事实上,五金衔接件是家具中的首要的承载构件,也是家具中比较简单在外载荷效果下发生变形和失效的有些,因而有必要专门对五金衔接件进行有限元剖析。 
  2 五金衔接件及其有限元剖析 
  五金衔接件是家具最常用的衔接件,它构造结实可靠,可以重复安装、拆卸,松动时可以直接调紧,且安装效率高。五金衔接件有不同的衔接方式,例如板件之间的垂直接合、板件之间的平行接合、构造的拼装等。当衔接方式不同时,衔接件的承载形式也有所不同,有的衔接件以接受拉应力为主,有的以接受剪切应力为主,有的首要接受弯曲或改变应力,也有的衔接件需要同时接受多种应力下的组合变形。下面选择三种衔接件加以说明。 
  2.1 角码 
  角码常用于台面与下框的衔接,也可以用于柜类家具的顶板、底板与侧旁等不行见的直角位衔接,它是比较经济的衔接件,不行屡次拆装。因其不易拆装,故在设计时应保证其强度,避免在运用中发生失效。 
  角码在正常作业时首要接受弯曲应力,图1是角码在300牛顿载荷工况下的应力剖析成果。本算例的角码的尺度参数为:长边26mm*18mm,短边18mm*18mm,中孔半径2.5mm,边半径9mm,厚度2mm。 
  从剖析成果可知,角码在角落处简单产生应力会集。经过剖析,当载荷为1000牛登时,角码角落处的上述最大应力将达到102 MPa,将挨近材料的许用应力值。 
  若在建模时对角码的几何构造进行微小的改善,改善后的角码如图2所示,即在角落处增加一个小的三角构造,经过有限元剖析,在同样1000牛顿的载荷下角码上最大应力就会降低到82 MPa,可以较为显着的改善构件的强度。 
  2.2 衔接铁片 
  衔接铁片首要用于箱柜类的上座与下座衔接,组合柜体衔接,也可以用在不行见的衔接部位,起到加固的效果,并且它拆装方便,是一种较实惠的衔接件。衔接铁片的首要型号有T型、L型、矩形等。最常用的是矩形铁片,本算例中的衔接片尺度参数为:长50mm宽32mm,厚度2mm。四小螺丝孔直径3mm,中大圆孔直径12mm、小圆孔直径6mm。假设衔接铁片在拉应力工况下进行作业,当接受的拉应力为1000牛登时,有限元应力剖析成果表明最大mises应力为70.3 MPa,如图3所示。 
  由剖析成果可以看出,若只是接受拉应力,则衔接铁片中的应力不大,虽然在各个孔周围也有应力会集表象,但在通常的作业载荷下其应力仍远小于材料的许用应力,故这种衔接构件在通常的工况下不易被破坏。 
  2.3 合页 
  合页也称铰链、转轴等,是一种用于衔接或滚动的装置,使门、盖或其他摆动部件可借以滚动,通常由销钉衔接的一对金属叶片构成,是家具生产中不行短少的构成有些,起着衔接、支撑和旋转效果。合页通常由轴芯和叶片两有些构成,在作业状况下是一种同时受拉和受弯的组合变形状况,但只需在有限元软件中正确施加载荷,也不难得到正确的剖析成果。图4中的剖析成果表明合页应力类似于角码,也是在角落处应力最大。因而,也可以思考如图2那样对角落进行加固的办法来加固合页,以进步合页接受弯曲载荷的才能。 
  3 结束语 
  将有限元法引入的家具设计中,有助于解决设计中遇到的力学难题,特别是对五金衔接件进行有限元剖析,有助于改善家具的力学性能。

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