基于现代设计方法的座椅设计

Value Engineering●43●基于现代设计方法的座椅设计Seat Design Methods Based on Modern Design刘栋Liu Dong(武汉理工大学,武汉430070)(Wuhan Univesity of Technology , W uhan 430070,China )摘要:本文选取现代设计方法中的计算机辅助造型设计与有限元校核的设计方法设计一款美观实用的座椅。通过UG三维绘图软件对一艺术造型的椅子进行外观造型设计,然后通过有限元分析软件对椅子底座的强度进行校核，确保其具有美观实用,具有一定的使用强度。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.关键词:现代设计;计算机造型;有限元法Key words: moderm design; computer modeling; finite element method中国分类号:THI22文献标识码:A文章编号:1006- 4311(2011 )18-0043-010引盲时所受力不大，可以不进行受力情况分析。椅子底座由钢管弯曲而在物质发达的今天，对工业生产和生活中的产品要求越来越成,形状、 受力情况复杂,用传统方式计算比较困难，采用有限元方高，而用传统的设计方法很难达到，会用到各种现代设计方法,比较法对其进行分析速度较快，且精度高,能通过应力图显示及时发现常见的有计算机辅助设计、优化设计、有限元分析、可靠性设计等。其应 力集中部位,方便验证强度。1计算机辅助造型设计2.2本产品的有限元法设计过程利用ANSYS有限元软件建1.1造型设计概述造型设计( modeling design)是 工程技术与立底座 线框模型,定义材料,设定钢管直径和一些参数，在底座与座美学艺术相结合的一种新的设计方法,它要求在保证产品的实用性椅接触点 上施加-定的载荷,可以通过软件计算处底座各部分的应前提下,对产品外观进行艺术化的创新设计,使得产品美观。造型设力的值。计不同于一般的艺术设计 ,它必须与工程实际相结合,注重产品的2.2.1 查看底座变形程度ANSYS 可以计算出向下的最大变形实用性。本文采用的时计算机辅助下的造型设计方法,通过UG三值。 由变形的遠度矢量图看到底座各部分的变形程度与方向，与椅维绘图软件对产品进行建模,完成外观曲面的设计,并通过图像渲背后 端接触的部分变形量最大，两斜向支撑管也产生微量的弯曲，染技术,产生产品的虚拟图像，保证最终产品的具有比较好的外观。但弯 曲量很小,不影响使用。1.2本产品的造型设计过程2.2.2查看正应力强度1.2.1建立椅背模型首先建立椅背侧面的曲线,在靠背处设计一定弧度与仰角,在座椅处设计为有一定弧度,椅子横截面也设计为具有-定向下的弧度,符合人体工程学要求,保证人坐在椅子上的舒适性。然后通过UG相关工具建立沿曲线的薄板,生成椅背大致模型。1.2.2 对椅背造型进行修饰、建立椅子底座模型以及整体转配圈2变形的速度矢量图、钢管轴向正应力團以及第一主应力分布云團后进行渲染上面生成的模型比较粗糙,棱角突出,进行圆角操作，由ANSYS计算可以得到底座各部分轴向正应力的分布情况,使产品具有流线型外观。椅子底座采用钢管弯曲后制成，首先建立与椅背接触的部分虽然不直接承受轴向压力,但由于弯曲的原因会基准曲线，再通过圆截面扫略生成，造型上与椅背的流线型外观进产生较小的轴向正应力。两边的支撑管由于直接支撑椅背的荷载，.行配合,保证了产品的整体风格;将椅背与底座装配好后,采用UG轴向正应力相对比较大,但一般小于目前大多数结构刚屈服强度值的渣染功能对模型进行上色与光照处理，使人可以直现看到产品成的一 平以上，轴向满足正成力强度要求。型后的效果图，可以方便的对产品外形进行评判。2.2.3查看第一主应力分布云图由于底座各部分手里并不单2有限元法设计单只是受轴向压力、扭转力与剪切力的某一种,所以再进一步建立底座的体模型，通过ANSYS求解后得到底座第-主应力分布云图。最大主应力值反映了结构某-点处受的最大应力的值。最大与最小主应力都集中在底座下端与支撑管连接的圆角处，此处圆弧外侧为受拉状态,内侧为受挤压状态。圈1橋背、底座以及最终效果團3结束语2.1有限元法设计概述有限元法也叫有限单元法(finite本文通过实际例子,对现代设计方法中的计算机辅助造型和有element meod,FEM),是随着电子计算机的发展而迅速发展起来限元法的优点 进行了途释，这两种方法快捷有效，设计人员劳动强的一种弹性力学问题的数值求解方法。通过将要求解的单元离散度低， 设计出的产品也具有较高的质量,为工程设计人员的工作提化，每个微小单元的受力就比较简单,对每个微小的单元进行力学、供I很力场或热力学情况分析后再汇总成整个系统的受力情况，可以得到参中国煤化工与现实情况下有很高吻合度的结果，在现代计算机的帮助下可以实川MYH? 2004.现精度很高的计算，适用于形状或受作用力、温度变化情况复杂的[2]武C N M H G.科技创新导报.2008系统进行分析,可以使设计者在产品设计过程中就验证产品的结构[3]刘恒,虚烈,谢友柏现代设计方法与新产品开发，中国机械工程，合理性。本文设计的椅背由钢板弯折后附上海绵与皮革而成,使用199,19(1.[4]杨晓琪， 李福群Uc NX5.0中文版机械设计从入门到精通,机械工业出版社2008.0作者简介:刘栋( 1985- ),男,湖北威宁人,硕士,研究方向为机械工程及自动化。[5]刑静忠ANSYS应用实例与分析,科学出版社2006.