探討現代家具結構設計的科學方法

鄔沛峰，陶靚子

（浙江藝術職業學院，浙江 杭州 310000）

探討現代家具結構設計的科學方法

鄔沛峰，陶靚子

（浙江藝術職業學院，浙江 杭州 310000）

隨著我國現代家具生產體系的建立，促進了整個家具行業生產發展的迅速擴大和提升，對世界范圍內的家具生產與發展都形成了更加明顯的影響。在我國家具設計現狀分析基礎上，結合現代家具結構設計的原則及特點，對現代家具結構設計的科學方法及應用進行了分析。

現代家具；結構設計；造型設計；功能設計

1 我國家具設計的現狀分析

一般情況下，家具設計包括結構設計、造型設計以及功能設計、生產工藝設計等多個設計內容，其中，結構設計是家具設計的基礎內容。在結構設計中，家具的結構強度直接影響著其造型以及功能、生產工藝等多個內容，由此可見，結構設計在現代家具設計中的重要性。值得注意的是，在傳統的家具設計中，結構設計是通過借鑒經驗或簡化計算、試驗測試等方式完成的，缺乏相對科學、精確的結構設計方法，且在傳統家具結構設計上形成了一些理論，在特定的家具形式設計中，適應性較好，但缺乏相對準確、廣泛的設計使用結論，因此，對現代家具結構設計科學方法的研究，仍是當前家具設計研究和關注的重要內容。

2 現代家具結構設計的原則與特點分析

結構設計作為家具設計的基礎，對家具的造型和功能等都存在著較大的影響，根據這一情況可看出，結構設計在家具設計中的重要性。而在家具結構設計中，也需要遵循相應的科學性設計原則。一般情況下，家具結構設計中科學性設計原則即尊重材料的自然結構性能，選擇能夠滿足家具結構承重需求的材料進行設計應用，從而確保家具結構的科學性。此外，還需要從現代家具的機械化生產工藝層面進行家具結構設計，以滿足現代家具的市場以及工藝生產需求，確保其結構設計的科學、合理。在現代家具設計中，家具由單純的功能性向功能性與裝飾性共存的產品方向轉變，因此，家具結構設計中也需要對這些方面進行考慮，在滿足家具結構功能需求上，注意裝飾性效果設計。

縱觀現代家具的設計特點，不僅具備家具平面榫卯結構的特征，還具備家具立體榫卯結構特征。其中，家具平面榫卯結構設置是指由家具結構中的一個面，連接著相應的結構走向，并通過這種連接方式，使家具整體結構的承重能力強度更加突出。比如，在家具設計中，在原材料較少的情況下，通過鋸齒拼接方式將不同的木材拼接起來，構成家具結構的形式，具有平面的榫卯結構設計特點。而家具的立體榫卯結構設計則是基于三面或三面以上的拼接構成的榫卯結構，與平面榫卯結構相比，這種立體榫卯結構形式設計難度更高，對結構中各個零件的分布把握要求也比較高，需要通過尺寸分析，滿足相應的力學變化需求，進而構成家具的結構形式。

3 現代家具結構設計的科學方法

以現代家具中外觀造型以及結構、工藝特征都比較突出的曲面家具結構設計為例，這種結構形式的家具在當前市場中受歡迎程度以及家具設計本身的環保節約性能都比較突出。如圖1所示，白蠟木層層壓彎曲木椅，其結構設計中就采用了有限元分析法進行設計，該椅子的高度為76.5 cm，正面寬46.5 cm，側面寬46.0 cm，座面高43.0 cm。此外，椅子腿寬度為0.6 cm，厚度為0.25 cm。

圖1 白蠟木層層壓彎曲木椅

該椅子在應用有限元分析法進行結構設計的過程中，首先通過有限元模型的構建，對椅子的外部載荷根據其功能用途及有關家具力學設計標準進行選取，分別基于椅子的座面靜載荷以及椅子背部的靜載荷、座面椅背靜載荷、座面沖擊載荷等因素條件對該椅子曲面結構下的外部載荷進行分析，然后建立相應的有限元分析模型；通過仿真試驗驗證，對其模型設計與實際測驗結果之間的誤差可能性進行分析，并計算出相應的曲面結構載荷應力值，從而實現該椅子的結構設計，并驗證其結構強度符合國家家具結構設計的強度標準。在上述椅子的曲面結構外部荷載分析與有限元分析模型建立中，根據其結構荷載作用，分別建立了靜載荷有限元分析模型與沖擊載荷有限元分析模型。靜載荷有限元分析模型利用ANSYS-Multiphysics靜力分析程序進行構建，在對其結構材料的彈性模量以及泊松比、密度等數值計算獲取的情況下，實現相應的靜荷載模型圖，而針對椅子沖擊荷載的有限元分析則通過ANSYS/LS-DYNA顯式非線性動力分析程序進行模型構建與計算分析。通過模型構建與計算分析，最終確定出椅子結構中最大強度的座面靜載荷作用位于椅子腿部彎曲結構處，最大荷載達到67.2 MPa，而加載座面靜載荷與椅子背部靜載荷最大為97.9 MPa，位于椅腿下彎曲部位，沖擊載荷最高時，最大強度為86.7 MPa，位于椅子上彎曲部位。根據各種計算分析結果進行該椅子結構模型設計，并經仿真試驗驗證分析后顯示，該椅子結構強度符合國家家具結構設計的強度標準。根據上述有限元分析模型對椅子結構的各種強度數值進行計算設計后，所實現的椅子結構設計滿足國家家具結構設計強度等級標準（5級）。根據該情況，結構曲面結構椅子的家居使用功能一般只需滿足3級家具結構強度等級標準即可。在此情況下，為了確保結構設計的合理優化，還通過優化設計方法對上述計算分析的結構模型進行優化設計，最終形成較為合理的結構設計方案。

4 結束語

綜上所述，對現代家具結構設計進行科學分析，有利于促進現代家具結構設計的科學化與合理化發展，對于促進現代家具設計的創新發展有著積極作用和意義。

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TS664.01

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.02.008

2095－6835（2018）02－0008－02

張思楠〕