摘要：以往进行椅子的结构设计，往往都是根据经验估摸，设计的椅子重量不是很重浪费材料就是过不了国家标准测试，现在利用CREO simulate模块，通过静态分析，疲劳分析，能够准确的计算出椅子最大承重下的临界质量，达到了优化椅子结构，减轻重量，过测试标准不浪费材料，节省成本的目的。
关键词：椅子；优化结构；静态分析；疲劳分析；节省成本；过测试标准
引言
随着工程塑料在实际生活中大量的使用，越来越多的生活家居产品开始使用塑料代替传统的木制椅子，藤编椅子，铁架椅子，塑料与传统木材，铁材相比有很大的优势，比如质量轻巧，便于批量生产，加工周期短，材料利用率高等都是传统材质无法比拟的。如何灵活运用好这些塑料材质达到设计中能够做到不浪费材料又节省成本，又能过椅子相关的国家标准是有限元结构优化要研究一项工作，目前市场上的椅子很多都是没过国家测试标准的，儿童使用中存在很大的安全隐患，比如如果椅子底盘未通过测试在实际生活中使用，可能会出现使用中椅子断裂，造成坐椅子的人员受伤等。现利用CREO SIMULATE模块，通过设定材料，施加载荷，指定约束，划分网格，进行分析，得到结果等步骤，然后再根据结果比较材料的应力分布，极限应力大小，对比材料的实际受力，调整结构，分析计算优化出最佳结果
下面根据实例来看下整个有限元分析优化的流程
1.建立三维模型，主要是通过CREO零件功能构建几何模型的形状，确定开模方向，做内部结构功能，根据选的材料计算产品的初步重量
2.简化模型，有限元分析往往是只针对指定的结构进行受力分析优化，往往很多小圆角，小边等不需要优化的结构可以去除掉，这样可以大大节省运算的时间进入有限元分析模块，通过CREO列表上的应用程序-simulate-结构模式进入有限元分析中结构分析模块
3.施加约束在列表位移里边，我们的椅子设置的位移是固定的完全限，我们把6个脚退全部按照固定约束限制自由度
4.设置材料，很关键，正确与否直接关系到分析的结果准确性，我们选的是PP+25%GF 查询相关手册后知道，全新材料的拉伸极限强度是76MP，我们设置好材料的参数，然后给我们的模型分配材料，完成材料的赋值
5.加载力，在我们椅子指定的位置施加载荷m=136kg的冲击，离座面高度15厘米，根据重力加速度，瞬间的落地速度V0=√2gh=√2*10*0.15=1.732,由动量定理瞬间冲击力F0=mV0/t，一般瞬间冲击的时间假设都是0.1s,那么冲击力F0=136*1.732/0.1=2355，总的冲击力F=136X10+F0=2355+1360=3715N
6.全部设置好，开始进行分析设计研究，点击上列表的分析设计研究-文件-新建静态分析，进入有限元分析的静态分析模块
7.分析过程的进行，首先会检查模型的完整性，有无破面，小碎面，尖角等，软件会自动检查各个节点有无问题，如果有问题会自动中断分析，一般遇到严重错误就会中断分析，问题点有可能是我们划分的网格格式不正确，小面无效面太多，尖角造成应力无限大等
8.查看分析结果，如下图所示，我们看到分析结果经理最大基本在24MPA，考虑到塑性材料的安全系数 ，查询材料相关手册后知道一般安全系数n=1.5-2.5,那么应力最大是60MAP左右，小于我们的材料设定的安全极限应力76MPA，故分析结果证明我们的结构设计合理可靠，能过冲击测试
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结论
通过有限元分析，对比数据结果我们可以清楚的看到应力分布图，哪里比较薄弱，哪里比较强壮，如果冗余过大需要减材料，达到降低成本的目的，太薄弱我们可以针对性的加强筋，达到提高强度的目的，或者更换材料达到提高强度的目的，这样我们可以用最少的材料达到强度较高，降低重量，节省成本的目的。
参考文献
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[2]工程力学 罗迎社，喻小明主编 北京-北京大学出版社 2006.8
[3]机械设计手册 秦大同 谢里阳 主编- 北京.化学工业出版社 2013.03
[4]龙英，腾召金，赵福永.有限元模态分析现状及发展趋势[J].湖南农机，2009，04.
论文作者:张加俊
论文发表刊物:《知识-力量》2019年12月58期
论文发表时间:2020/1/9
标签：材料论文; 椅子论文; 应力论文; 目的论文; 有限元论文; 都是论文; 结构论文; 《知识-力量》2019年12月58期论文;