鄔沛峰，陶靚子

（浙江藝術職業(yè)學院，浙江 杭州 310000）

探討現(xiàn)代家具結(jié)構(gòu)設計的科學方法

鄔沛峰，陶靚子

（浙江藝術職業(yè)學院，浙江 杭州 310000）

隨著我國現(xiàn)代家具生產(chǎn)體系的建立，促進了整個家具行業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的迅速擴大和提升，對世界范圍內(nèi)的家具生產(chǎn)與發(fā)展都形成了更加明顯的影響。在我國家具設計現(xiàn)狀分析基礎上，結(jié)合現(xiàn)代家具結(jié)構(gòu)設計的原則及特點，對現(xiàn)代家具結(jié)構(gòu)設計的科學方法及應用進行了分析。

現(xiàn)代家具；結(jié)構(gòu)設計；造型設計；功能設計

1 我國家具設計的現(xiàn)狀分析

一般情況下，家具設計包括結(jié)構(gòu)設計、造型設計以及功能設計、生產(chǎn)工藝設計等多個設計內(nèi)容，其中，結(jié)構(gòu)設計是家具設計的基礎內(nèi)容。在結(jié)構(gòu)設計中，家具的結(jié)構(gòu)強度直接影響著其造型以及功能、生產(chǎn)工藝等多個內(nèi)容，由此可見，結(jié)構(gòu)設計在現(xiàn)代家具設計中的重要性。值得注意的是，在傳統(tǒng)的家具設計中，結(jié)構(gòu)設計是通過借鑒經(jīng)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(jié)構(gòu)設計方法，且在傳統(tǒng)家具結(jié)構(gòu)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(jié)論，因此，對現(xiàn)代家具結(jié)構(gòu)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(nèi)容。

2 現(xiàn)代家具結(jié)構(gòu)設計的原則與特點分析

結(jié)構(gòu)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(jù)這一情況可看出，結(jié)構(gòu)設計在家具設計中的重要性。而在家具結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設計中科學性設計原則即尊重材料的自然結(jié)構(gòu)性能，選擇能夠滿足家具結(jié)構(gòu)承重需求的材料進行設計應用，從而確保家具結(jié)構(gòu)的科學性。此外，還需要從現(xiàn)代家具的機械化生產(chǎn)工藝層面進行家具結(jié)構(gòu)設計，以滿足現(xiàn)代家具的市場以及工藝生產(chǎn)需求，確保其結(jié)構(gòu)設計的科學、合理。在現(xiàn)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(chǎn)品方向轉(zhuǎn)變，因此，家具結(jié)構(gòu)設計中也需要對這些方面進行考慮，在滿足家具結(jié)構(gòu)功能需求上，注意裝飾性效果設計。

縱觀現(xiàn)代家具的設計特點，不僅具備家具平面榫卯結(jié)構(gòu)的特征，還具備家具立體榫卯結(jié)構(gòu)特征。其中，家具平面榫卯結(jié)構(gòu)設置是指由家具結(jié)構(gòu)中的一個面，連接著相應的結(jié)構(gòu)走向，并通過這種連接方式，使家具整體結(jié)構(gòu)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(gòu)成家具結(jié)構(gòu)的形式，具有平面的榫卯結(jié)構(gòu)設計特點。而家具的立體榫卯結(jié)構(gòu)設計則是基于三面或三面以上的拼接構(gòu)成的榫卯結(jié)構(gòu)，與平面榫卯結(jié)構(gòu)相比，這種立體榫卯結(jié)構(gòu)形式設計難度更高，對結(jié)構(gòu)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(gòu)成家具的結(jié)構(gòu)形式。

3 現(xiàn)代家具結(jié)構(gòu)設計的科學方法

以現(xiàn)代家具中外觀造型以及結(jié)構(gòu)、工藝特征都比較突出的曲面家具結(jié)構(gòu)設計為例，這種結(jié)構(gòu)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(huán)保節(jié)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(jié)構(gòu)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(cè)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(jié)構(gòu)設計的過程中，首先通過有限元模型的構(gòu)建，對椅子的外部載荷根據(jù)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(jié)構(gòu)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(jié)果之間的誤差可能性進行分析，并計算出相應的曲面結(jié)構(gòu)載荷應力值，從而實現(xiàn)該椅子的結(jié)構(gòu)設計，并驗證其結(jié)構(gòu)強度符合國家家具結(jié)構(gòu)設計的強度標準。在上述椅子的曲面結(jié)構(gòu)外部荷載分析與有限元分析模型建立中，根據(jù)其結(jié)構(gòu)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(gòu)建，在對其結(jié)構(gòu)材料的彈性模量以及泊松比、密度等數(shù)值計算獲取的情況下，實現(xiàn)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(gòu)建與計算分析。通過模型構(gòu)建與計算分析，最終確定出椅子結(jié)構(gòu)中最大強度的座面靜載荷作用位于椅子腿部彎曲結(jié)構(gòu)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(jù)各種計算分析結(jié)果進行該椅子結(jié)構(gòu)模型設計，并經(jīng)仿真試驗驗證分析后顯示，該椅子結(jié)構(gòu)強度符合國家家具結(jié)構(gòu)設計的強度標準。根據(jù)上述有限元分析模型對椅子結(jié)構(gòu)的各種強度數(shù)值進行計算設計后，所實現(xiàn)的椅子結(jié)構(gòu)設計滿足國家家具結(jié)構(gòu)設計強度等級標準（5級）。根據(jù)該情況，結(jié)構(gòu)曲面結(jié)構(gòu)椅子的家居使用功能一般只需滿足3級家具結(jié)構(gòu)強度等級標準即可。在此情況下，為了確保結(jié)構(gòu)設計的合理優(yōu)化，還通過優(yōu)化設計方法對上述計算分析的結(jié)構(gòu)模型進行優(yōu)化設計，最終形成較為合理的結(jié)構(gòu)設計方案。

4 結(jié)束語

綜上所述，對現(xiàn)代家具結(jié)構(gòu)設計進行科學分析，有利于促進現(xiàn)代家具結(jié)構(gòu)設計的科學化與合理化發(fā)展，對于促進現(xiàn)代家具設計的創(chuàng)新發(fā)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〕