家具产品拓扑优化研究

中国正在由家具制造大国向制造强国迈进,传统家具结构设计方法已满足不了当今设计的需要,亟需采用更加科学高效的新方法,计算机技术的迅速发展及拓扑优化的出现,使这种需求成为可能。本文介绍了家具产品拓扑优化的的研究现状,分析了拓扑优化对家具减重、探索家具新结构、创新家具设计方法、对接增材制造的意义,介绍了家具产品拓扑优化的一般步骤,总结了家具产品拓扑优化目前存在的问题和未来发展趋势。     

晶格结构靠背椅轻量化设计

针对当下椅类家具的发展现状,结合实际情况做优化设计,根据增材制造手段可以加工复杂模型的生产优势,以靠背椅作为优化对象,将复杂的晶格结构应用于靠背椅的内部填充。选用晶格结构中的高级晶族面心立方晶格作为靠背椅内部的填充结构,通过有限元模拟实验分别对晶格的体量和晶棱的直径进行测试,结合实验结果选取最为合适的晶格尺寸应用于靠背椅的设计中,得出最优解。晶格结构应用于家具中的轻量化设计方案是在不破坏家具原有的外形和使用功能的基础上,将家具内部均匀填充晶格,减去其他多余的部分以实现减重,但依然能够保持家具原有的稳定性。     

基于拓扑优化的某汽车悬架控制臂轻量化设计

简述优化设计的理论基础,并建立某汽车悬架控制臂的有限元模型,为实现控制臂的轻量化,对其设计部分进行拓扑优化。优化结果表明,新结构控制臂在满足所有载荷工况约束要求的同时使其质量大为减轻。     

增材制造研究及其发展趋势

增材制造(Additive Manufacturing)技术是一种根据三维软件设计,运用"由下而上"的形式,将材料逐渐累积形成所需产品的技术。目前是国内外研究的热点,被称为引起第三次工业革命的新兴制造技术。本文回顾了增材制造的发展过程,简述了增材制造技术的主要类型,概述了国内外增材制造发展现状及发展中的主要问题及其发展趋势。     

增材制造(3D打印)铸造的发展与应用

增材制造技术(3D打印技术)是一种新兴的成型技术,具有设计周期短、精度高、经济性好、复杂零件对加工无影响等特点,实现了从三维模型数据直接成型为实体零件。将增材制造技术与铸造相结合,可提高铸件的生产效率、降低成本,扩大铸造工艺的应用领域,文章介绍了增材制造在铸造方面的发展,并详细的阐述了3D打印砂型、砂芯铸造的工作原理,指出了增材制造技术在铸造行业的优势和应用。并分析指出了当前增材制造模具面临的挑战和一些相应的解决措施,最后对增材制造砂型铸造技术未来的发展方向进行了展望,预测今后的发展趋势为快速化、智能化、大型化的方向发展。     

细节决定品质——苏作家具的木作技艺

作为明式家具发源地的代表,苏作家具因其科学的造物理念、精益求精的工艺、合理的结构与制造工艺,使其材性、结构与造型达到了完美的统一,为现代家具设计与生产的方向带来诸多启示。     

柳杉木在柜类家具中的结构优化设计研究

近年来,随着国家对天然林保护的开展,人们更加注重对人工林的利用。本文以速生柳杉为例综述了速生材以及柜类家具的研究现状,并对其做了简要评述,论述了现存文献对柜类的设计方法细分度不够,对速生柳杉乃至速生材直接应用于家具的设计方法研究尚有不足之处,并结合现有资料对此研究的未来研究趋势做出了合理的展望,指出从木材本身入手,对速生材实木柜类家具的结构进行优化设计潜力巨大。以期对柳杉木在柜类家具中的结构优化设计研究提供有效帮助。     

中小径级珍贵材新中式卧室家具增值设计研究

为提高中小径级的珍贵材在家具生产中的利用率以及家具产品的增值率,开展如何有效利用中小径级的珍贵材在新中式家具设计中的应用。针对木材供需不平衡的资源现状,以中小径级的珍贵材为家具材料,分析其定义、材质特性以及在家具设计中的利用方式,进而以产品增值为导向,新中式风格家具为例,综合考虑市场、用户和企业的需求,提炼出基于中小径级珍贵材的新中式卧室家具增值设计策略。并将理论应用于设计实践,在"三川"系列的基础上进一步运用弯曲构件、优化结构以及简化接口等现代工艺技术设计优化为Q系列。通过有效利用中小径级的珍贵材,综合视觉美感、功能需求、生产工艺等多维度实现新中式家具产品的增值,为家具企业开发生产新产品提供参考。     

电动餐桌支架有限元仿真分析研究

本文以电动餐桌支架三维模型为研究对象,利用UG高级有限元仿真模块,赋予模型材质为镀锌钢,对模型底部施加固定约束及支架托盘施加-4000N力载荷并进行求解。仿真结果显示:电动餐桌支架最大形变位移形变位置为支架转盘承托截面外沿,位移为0.141mm;最大应力分布位置为支架转盘承托截面中心,应力为22.05Mpa。研究表明;在承重为400kg时,镀锌钢电动餐桌支架满足设计要求。本文研究结果将为家具企业进行电动餐桌设计及支架选购提供科学指导,对提高电动餐桌的使用寿命及安全性具有重要意义。     

基于MIG的电弧增材制造不同层间停留时间温度场仿真模拟

为了探究电弧增材制造过程温度场特征及层间停留时间对温度场的影响,课题组基于ABAQUS建立了三维瞬态的电弧增材制造仿真模型,进行了电弧增材制造过程温度场模拟;采用红外测温仪测得增材制造过程热循环曲线,将模拟结果与实测结果进行对比研究。结果表明:模拟结果和测试结果吻合良好,验证了模型的准确性;在电弧增材制造过程中随着熔覆层数的增加工件高温区域逐渐增大;保持其他参数不变增加层间停留时间可使高温区域减小;基于MIG的电弧增材制造层间可达到良好的冶金结合。     

基于ANSYS的二维发动机风扇盘结构应力分析方法研究

为了提高发动机风扇盘二维有限元模型应力分布的精确度,选择典型的三辐板结构,利用AN-SYS 12．0完成三辐板风扇盘三维结构的有限元建模．同时建立三辐板风扇盘的二维轴对称有限元模型,将非轴对称载荷分解成傅里叶级数,并求解了其径向应力、周向应力和等效应力,对比了传统的二维分析、非轴对称加载二维与三维分析的结果．结果表明：施加均布载荷的二维模型应力分布与三维模型的应力分布情况相差较远,施加非轴对称载荷的二维模型的应力分布与三维模型的应力分布情况较为接近．与只施加均布载荷的方法相比,本方法提高了发动机风扇盘二维有限元模型应力分布的准确性．     

齿啮式快开门装置上法兰的拓扑优化

为设计出更合理的快开门装置上法兰结构,文章利用拓扑优化技术对上法兰结构进行优化设计。根据快开门上法兰的受力与约束情况,对某蒸压釜上法兰的原始结构进行了静力分析,并根据分析结果建立上法兰的拓扑优化概念模型;在上法兰拓扑优化结果的基础上,根据加工制造要求对上法兰进行了二次设计;将二次设计后的上法兰新结构与原始结构进行对比分析。结果表明:新结构在最危险截面处一次局部薄膜应力和一次加二次应力均有所下降;并且,质量较原始结构减轻了23.2%。     

基于拓扑优化的折弯机结构优化设计

针对传统折弯机设计存在结构过于保守、笨重等缺点,以某数控液压折弯机为研究对象,利用Pro/E建立三维模型,并根据有限元理论应用ANSYS Workbench软件对折弯机进行拓扑优化。以轻量化为目标,基于拓扑优化结果,给出初步优化模型,再通过尺寸优化确定墙板和加强板厚度。最终给出满足强度刚度要求的结构优化方案,并使总体质量减少。研究提出了在折弯机结构优化设计中,将拓扑优化与尺寸优化相结合的设计方法。     

基于Solidworks的变形家具功能型结构仿真分析

国内各地房价的飞涨,小户型成为年轻人的首选,蜗居生活中对于家具功能性、储物空间最大化利用的要求越来越高,多功能家具成为市场必需品。多功能变形家具的设计不仅要考虑美观和功能,还要考虑结构的稳定安全。Solidworks是一款机械工程行业普遍应用的全参数化特征造型设计软件,不仅能快速创建与修改设计模型,还能分析模型各种物理性能,功能强大,但在家具领域应用较少。本研究选取笔者经调研后设计的变形家具床桌功能结构为对象,建立Solidworks装配体三维模型,依托Solidworks motion对其结构进行运动仿真分析,得出最大线速度为161 mm/s,最大角速度为13 deg/s。依托Solidworks simulation对其结构施加200 N均匀分布力及1 300 N集中力进行有限元仿真分析,得出最大应力分别为5.187×10~7N/m~2、3.592×10~8N/m~2,最大位移分别为5.022 mm、44.79 mm,最小安全系数为6.778、1.144。分析得出在施加200 N均匀分布力时该结构稳定,满足使用需求,在施加1 300 N集中力时该结构位移较大但最大应力仍在屈服强度内。根据仿真结果可以辅助笔者对该变形家具的结构进行设计优化,从而设计出安全可靠的多功能变形家具,同时也为Solidworks在家具领域中的应用及计算机辅助变形家具设计提供理论上的参考。     

基于ESO的小径木双面连续式纵向刨切机切削机构的结构优化设计

在结构设计中,为了解决寻求改变结构的厚度提高机构固有频率的最适宜部位、总体质量最小的问题,文章分别提出基于刚度或位移约束的机构拓扑优化、基于应变的结构拓扑优化的方法。首先提出通过ESO评价出了在静态结构中各单元对整体刚度灵敏度以及应变灵敏度,建立刚度-应变-质量的结构拓扑优化模型。通过ANSYS对小径木双面连续式纵向刨切机切削机构模态分析,得到其各阶固有频率,并通过此优化模型对机构进行优化,得到质量最小且机构工作频段远离固有频率的机构结构。并通过ANSYS对调整前后结构参数对比,验证此模型的有效性,对结构设计具有一定的指导意义,免去了繁琐高频次的实验解法,高效准确地提供了有效的优化方案。     

三维四向编织复合材料刚度的细观力学设计

为了实现工程应用中三维编织复合材料的灵活设计,合理优化纤维束结构参数使得三维编织复合材料宏观刚度达到要求。基于非连续介质力学方法建立桁架结构单胞模型,采用有限元法预估复合材料的有效弹性模量,以材料质量最轻和刚度要求为目标,选用遗传算法优化细观结构参数。对纱线线密度和编织节距长度的优化结果验证,实验表明,桁架单胞模型结合遗传算法可以为满足弹性性能要求的三维编织复合材料快速地找到最优的细观结构参数。     

三维多向编织复合材料纤维束细观结构拓扑优化

三维多向编织复合材料中近似空间网格状的纤维束增强骨架为复合材料及其结构件的性能提供了灵活的可设计性,为充分利用这类复合材料的优越性能,选用遗传算法优化纤维束拓扑结构、纤维束线密度和节矩长度,使三维编织复合材料既满足轴向弹性模量的下限要求,又能使材料的质量和横向泊松比最小。研究结果表明,在建立复合材料空间桁架结构单胞模型与其细观结构几何等价关系的基础上,利用遗传算法不断调用单胞模型刚度有限元计算子程序,可以在满足弹性要求的前提下,为三维多向编织复合材料找到最优的纤维束拓扑结构和细观结构参数。     

梳理机工作辊结构的优化设计

为提高国内梳理机工作辊在缠绕针布和重力作用工况下的直线度,采用ANSYS软件对现有国产某型号工作辊的机械结构进行研究和分析,并在此基础上对梳理机工作辊进行优化设计。首先建立工作辊拓扑优化和尺寸优化数学模型,推导拓扑优化数学模型中目标函数对设计变量的敏度。然后根据分析研究结果,针对工作辊机械结构提出二步优化方案,基于ANSYS软件采用自编优化程序对工作辊进行拓扑优化和尺寸优化。研究结果表明:优化后的工作辊材料分布达到最优;在满足应力约束的条件下,工作辊最大挠度由原结构的0.33 mm减少到优化后的0.11 mm,减少了67%,优化后工作辊直线度和性能得到提升。     

增材制造适用材料及产品机械性能研究

增材制造技术作为传统制造技术的一项重要创新,目前已被广泛应用于建筑、产品原型、模具制造、医学等多个领域。市场上增材制造的产品形态各异、功能不同,充分展现出了这一技术的多元化优势。文章从增材制造技术的原理和特点分析入手,分别以非金属材料和金属材料两个方面为例,对于增材制造的适用材料及产品性能进行了初步研究,并结合增材制造过程中产品机械性能变化的原因,分析提出了如何更好地改进产品机械性能的几点方法,以供参考。     

模具用弓形架结构拓扑优化及疲劳分析

为了克服现有非标模具夹紧机构的缺陷和不足,采用变密度法对其承载基体弓形架进行结构拓扑优化。通过分析比较3种制造约束方案的拓扑优化结果,发现采用"对称和拔模约束"时,弓形架拓扑结构具有较好的形貌特征和可制造性,而且其质量较之前减轻了约55.5%,在提高材料利用率的同时,实现了夹紧机构的轻量化。有限元静力学分析结果表明,经拓扑优化的弓形架符合结构强度和刚度设计要求。通过疲劳和损伤分析可知,该夹紧机构具有2年以上的安全使用寿命,而且在实际使用过程中损伤较小,有利于延长使用寿命、节省成本。