摘 要：本文介绍了床头灯支架的基本情况，对床头灯支架结构受力情况进行了分析，并设计制作出一个床头灯框架，对其进行了有限元分析。采用Inventor软件进行三维模型建立，并利用大型有限元软件ANSYS具体分析其在静载、动力等各种情况下的力学性能，为床头灯支架的设计做出了有益的探索。
关键词：床头灯支架 受力分析 有限元分析
在购买选择床头灯时，力学结构的可靠性是判断其优良的关键。本次拟用实际工程中广泛应用的数值分析方法——有限元分析软件ANSYS 对床头灯支架结构进行受力分析，从而为支架结构进行优化提供一定的基础。
一、床头灯支架的构成
床头灯由床头灯座和灯罩两部分构成。灯座包括连接墙壁的圆形底座及海豚形状的灯支架，规则的锥形体将其与灯泡相连。
二、研究思路
床头灯支架结构受力分析的研究思路为：1.明确分析对象和目标：床头灯在冲击作用下是否会发生损坏。2.确定载荷和边界条件：载荷即冲击，边界条件即与墙接触的面。3.突出主要矛盾，简化模型：最可能发生损坏的是连接部分，海豚、灯罩均简化成简单的几何体，灯泡可忽略不计，从而凸显连接部分的受力情况。4.绘图、网格划分。5.计算并优化模型。
三、利用Inventor绘制3D模型
在制作草图的基础上，进行拉伸、旋转、放样，结合打孔、圆角、倒角、抽壳等附加特征，获取物品的基础特征，生成所需要的零件模型和零件工程图。将所有零件模型组合，装配约束，形成装配的主体及装配工程图。对于相对复杂的结构，则需要表达视图，按照设定的顺序和位置装配，方便直观观察视图的组成和架构。对于本次研究而言，首先制作灯座，即圆形底座、灯支架，其次制作灯罩，并用插入的方式将两者结合。
四、ANSYS有限元分析
有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后求解。ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。有限元分析分成3个阶段：前处理、处理和后处理。前处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息。建立框架木箱几何模型，由Inventor软件绘制，然后导入到有限元分析软件ANSYS 中，进行有限元网格划分。
五、模拟结果分析
1.静态分析计算。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在静力分析方面，边界约束为连接墙面的支撑面A，除重力B外，在侧面作用一个100N推力C，即为静力分析的边界和载荷。观察整体的形变可知，灯罩顶部的形变最大，由高向低形变逐渐减小。观察整体的受力可知，连接部位受力较为集中，所受力的作用最大，连接部件处存在扭转的应力。
2.动态分析计算。在动力分析方面，边界约束为连接墙面的支撑面C，除自身重力A外，在Z方向作用一个冲击力B，即表现为不小心将其碰到的力。设置峰值为100N，力作用0.2s，即为动力分析的边界和载荷。观察求解出的最大形变可知，灯罩顶部的形变最大，由高向低形变逐渐减小，形变随时间的变化存在延时，结束力的作用时间为0.2s，持续形变时间0.3s，多0.1s，表现为过阻尼。在受力分析方面，依旧是在连接部位集中受力，受力最大103MPa。
六、存在问题
根据以上研究可知，灯罩顶部的形变最大，由高向低形变逐渐减小，且无论是在静力或动力分析方面，连接部位均为受力最为集中的部位，所受力较大。
七、改进设计
由于连接部位集中受力，床头灯支架结构易造成破坏，故在材料的选择方面，应采用不易磨损、不易腐蚀、不易受潮变形且存在一定韧性和延展性的金属材料作为连接装置。由于灯罩顶部易发生形变，为减少灯罩顶部伤害，同时不影响美观及采光，采用存在一定韧性和延展性的塑料装置作为灯罩。在金属与金属间的连接部位，为防止老化，增强牢固性，要强化固连方式，用螺接或焊接方式固连，做耐磨处理，加缓冲垫。同时设计护罩和轴套进行安全防护。
随着现代化大规模工业生产的发展，床头灯支架已发展为工厂流水线标准化生产。在这种情况下，采用有限元软件分析床头灯支架的力学性能，指导床头灯支架设计，能方便用户简便提取有效信息。
本报告研究了床头灯支架结构受力分析取得了如下结论：1.床头灯支架由灯座和灯罩两部分构成。2.通过Inventor绘制3D模型并利用ANSYS软件进行有限元分析认为，在静力分析方面，灯罩顶部的形变最大，由高向低形变逐渐减小，连接部位受力较为集中，连接部件处存在扭转的应力；在动力分析方面，灯罩顶部的形变最大，由高向低形变逐渐减小，形变随时间的变化存在延时，连接部位依旧是受力最为集中的部位。3.在材料选择方面，建议选择不易磨损、不易腐蚀、不易受潮变形且存在一定韧性和延展性的金属材料作为连接装置，选择存在一定韧性和延展性的塑料装置作为灯罩，金属与金属间的连接部位，强化固连方式，用螺接或焊接方式固连。
参考文献
[1]姚海涛 走向绿色生态的室内设计[J].江西建材，2004，（2)，36-37。
[2]李人宪 有限元法基础[M].北京，国防工业出版社，2004。
论文作者:毕敬轩
论文发表刊物:《教育学文摘》2019年3月总第294期
论文发表时间:2019/1/24
标签：支架论文; 灯罩论文; 受力论文; 床头灯论文; 有限元论文; 部位论文; 结构论文; 《教育学文摘》2019年3月总第294期论文;