聚氨酯仿木家具构件仿真分析与优化设计

发布时间：2017-07-05 06:21

  本文关键词：聚氨酯仿木家具构件仿真分析与优化设计

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【摘要】：聚氨酯仿木材料是由聚氨酯组合原料经过共混、搅拌、注模、发泡、熟化、脱模等加工工艺制得的一种中高密度的硬质聚氨酯泡沫塑料,常常被称为“PU仿木”或“合成木材”,其具有较高的刚性和机械强度、密度范围宽、成型工艺简单、生产效率高、制品美观等优点,在家具工业、装饰工程等行业中发展迅速,对保护环境、节约资源具有深远的意义。本文以聚氨酯仿木床头柜为研究对象,以有限元法为理论基础,将有限元法及其应用软件ABAQUS引入家具结构仿真分析与优化设计中,将家具材料学、家具结构力学、有限元法、计算机三维建模、计算机仿真分析、优化设计等几个方面作为一个整体进行系统研究。研究首先对聚氨酯仿木床头柜的主要零部件和整体结构进行了静力分析与跌落分析,并探索了运用ABAQUS优化模块进行家具结构优化设计的方法,从而为开发家具结构计算机辅助分析系统提供了理论基础与科学依据。有限元法与ABAQUS分析软件的应用可以缩短家具研发周期、降低成本、节约资源、提高家具产品质量和安全性。总结本论文的研究成果与结论如下:(1)对聚氨酯仿木材料和有限元法在家具领域的研究与应用进行整理、归纳、总结,探讨了聚氨酯仿木材料在家具行业中应用以及运用有限元分析软件ABAQUS进行家具结构仿真分析与优化设计的可行性与科学性。(2)将主要由聚氨酯仿木、中纤板等材料构成的床头柜作为研究对象,研究了其构成形式与受力情况,确定运用三维建模软件Solidworks建立家具实体模型的基本思路及简化原则:模型的主体结构与零部件形状尺寸应最大限度的与家具实体保持一致;仅选取所关心的部件,去掉那些远离所关心部位的部件,比如用于装饰的零部件等;去除家具表面的图案与花纹,因为图案以及花纹等主要起到装饰作用,对于结构强度与稳定性可视作没有影响;适当简化一些零部件的形状与尺寸,比如边部的圆角可以改为棱角,便于划分网格。(3)参照有关国家标准,对聚氨酯仿木材料以及中纤板的各项弹性常数与力学强度进行了试验测定,为计算机仿真分析与优化设计提供基础数据。从试验测试的结果看,随着聚氨酯仿木材料的密度增大,其弯曲强度、压缩强度、拉伸强度不断增大,与其它家具行业常用的仿木材料相比,聚氨酯仿木材料的综合性能也最为理想。(4)本研究参照有关柜类家具国家标准和实际使用情况,分析床头柜整体结构与主要零部件受静力载荷时的应力、应变的情况,还使用ABAQUS动力分析模块ABAQUS/Explicit分析了在跌落情况下床头柜的受力与变形情况,分析的过程和结果都说明了运用有限元分析软件ABAQUS对家具结构强度进行仿真分析的适用性与科学性。(5)通过对聚氨酯仿木柜腿进行优化设计,探讨了ABAQUS优化设计模块在家具结构优化设计中的作用。运过ABAQUS优化模块进行优化设计,在保证结构强度的基础上,可以得到柜腿底面尺寸优化设计方案,使得聚氨酯仿木构件强度更好、结构更优化。经过优化分析之后,柜腿底面宽度为38.5mm,深度为40.2mm,比原尺寸底面面积减小52.3mm2,节省了原料,最大应力3.723MPa,最大应变为0.1478mm,均小于优化前的应力与应变。本研究探索了基于有限元分析软件ABAQUS对家具结构进行仿真分析与优化设计的方法。通过仿真分析聚氨酯床头柜在静载荷及跌落作用下的结构强度,判定其结构的稳定性与安全性,并对聚氨酯仿木柜腿优化设计,使家具结构设计更科学、更可靠,达到缩短家具研发周期、降低成本、节约材料、提高家具产品质量与安全性的目的。
【关键词】：有限元法 ABAQUS 聚氨酯仿木 家具结构 优化设计
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TS664.01
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 前言11-20
• 1.1 论文研究背景11-12
• 1.1.1 聚氨酯仿木材料11
• 1.1.2 有限元法11-12
• 1.2 论文研究目的与意义12-13
• 1.2.1 研究目的12-13
• 1.2.2 研究意义13
• 1.3 国内外研究现状13-17
• 1.3.1 聚氨酯仿木材料在家具领域内的应用研究13-15
• 1.3.2 有限元法在家具领域内的应用研究15-17
• 1.4 论文研究内容17-18
• 1.5 研究设计18-20
• 1.5.1 研究方法18
• 1.5.2 技术路线18-20
• 第二章 文献综述与理论基础20-33
• 2.1 聚氨酯仿木材料的概述20-24
• 2.1.1 聚氨酯仿木材料的介绍20-21
• 2.1.2 聚氨酯仿木材料的性能特点21-22
• 2.1.3 聚氨酯仿木材料的原料组份22
• 2.1.4 聚氨酯仿木材料的制备22-24
• 2.1.5 聚氨酯仿木材料在家具行业中的应用24
• 2.2 有限元分析理论基础24-27
• 2.2.1 有限元法的基本思想25
• 2.2.2 有限元法的分类25
• 2.2.3 有限元法的特点25-26
• 2.2.4 有限元分析的基本步骤26-27
• 2.3 基于有限元法的ABAQUS软件及其在家具结构仿真分析中的应用27-33
• 2.3.1 ABAQUS分析软件的介绍27-28
• 2.3.2 ABAQUS的主要模块28-29
• 2.3.3 ABAQUS分析步骤29-30
• 2.3.4 利用ABAQUS软件进行家具结构仿真分析的主要思路30-31
• 2.3.5 有限元理论对于家具结构仿真分析的适用性31-33
• 第三章 研究对象确定与模型的建立33-39
• 3.1 所选用聚氨酯仿木柜模型的简介33-34
• 3.2 聚氨酯仿木柜受力分析34-35
• 3.3 建模的原则35-36
• 3.4 聚氨酯仿木柜模型的建立36-38
• 3.4.1 Solidworks软件简介36-37
• 3.4.2 运用Solidworks建立床头柜三维模型37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 材料力学性能参数的试验测定与分析39-51
• 4.1 材料力学性能参数测定对本研究的意义39
• 4.2 试验原料与试样制备39-43
• 4.2.1 聚氨酯仿木试样制备39-43
• 4.2.2 纤维板试样制备43
• 4.3 试验测定过程43-47
• 4.3.1 聚氨酯仿木材料试验测定43-46
• 4.3.2 纤维板试验测定46-47
• 4.4 结果统计与分析47-50
• 4.4.1 聚氨酯仿木材料参数统计与分析47-49
• 4.4.2 纤维板参数统计与分析49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 聚氨酯仿木家具结构仿真分析51-68
• 5.1 有限元模型的建立51-52
• 5.2 聚氨酯仿木柜局部关键部位静力仿真分析52-63
• 5.2.1 柜腿静载荷试验52-60
• 5.2.2 顶板、底板的持续加载试验60-61
• 5.2.3 顶板、底板静载荷试验61-63
• 5.3 聚氨酯仿木柜整体结构静力仿真分析63-65
• 5.4 聚氨酯仿木柜跌落仿真分析65-66
• 5.5 结论分析与讨论66-68
• 第六章 聚氨酯仿木柜类家具构件优化设计68-83
• 6.1 结构优化设计的概述68-70
• 6.1.1 结构优化设计的理论基础68-69
• 6.1.2 结构优化设计的常用方法69
• 6.1.3 结构优化设计的过程69-70
• 6.2 ABAQUS优化设计模块70-73
• 6.2.1 ABAQUS优化设计的模块70-71
• 6.2.2 ABAQUS优化设计的几个基本概念71-73
• 6.2.3 ABAQUS优化设计的步骤73
• 6.3 聚氨酯仿木柜结构优化设计实例73-83
• 6.3.1 问题的描述73-74
• 6.3.2 优化设计的过程74-81
• 6.3.3 优化设计的结果与分析81-83
• 第七章 结论与展望83-85
• 7.1 研究的结论83
• 7.2 研究的创新点83-84
• 7.3 研究的局限与建议84-85
• 7.3.1 研究局限84
• 7.3.2 研究建议84-85
• 参考文献85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 修福晓;刘海蓉;姚克俭;;高性能仿木聚氨酯材料的研究开发[J];化学推进剂与高分子材料;2009年01期

2 王强,杨林,刘敏;聚氨酯制品的应用现状及发展趋势[J];辽宁化工;2003年07期

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本文编号：520800