家具五金连接件有限元研究摘要：将有限元法引入家具设计中有助于提高家具力学性能、提高设计效率。已有家具有限元分析是对家具的整体进行建模、计算。实际家具在受到外力时，五金连接件起着至关重要的承载作用，有必要对五金连接件进行专门的有限元分析，确保其强度符合家具使用要求，并为五金连接件结构改进提供重要参考。本文选取了几种有代表性的五金连接件进行分析，可供家具设计者参考。关键词：有限元；家具；五金连接件;中图分类号：S776.02文献标识码：A1有限元法及其在家具设计中的应用有限元法是以现代力学、应用数学为基础，以计算机及其技术为工具，以求解现代工程和科学技术中的力学问题为目的的数值仿真方法。有限元方法伴随计算机的出现而兴起和发展，现已在机械工程、能源工程、建筑工程等各工程领域得到了广泛应用。有限元法的最大优点是通用性强，可对复杂形状的物体进行建模和力学求解，计算的精度能够满足工程要求，可代替大量的实验和测试。近年来，国内家具行业也引入了有限元分析技术[1],利用有限元来实现家具产品开发，这能够在很大程度上提高产品的质量，在开发的过程中可实现复杂环境的再现，缩短产品的开发周期，降低成本，并且可以完成构造复杂产品的操作和使用训练，仿真技术具有实物试验所无法比拟的优势，这些都为其在家具设计中的应用展现了光明的前景［2］。已有的家具有限元分析基本都是针对家具的整体而建立有限元模型［3,4］,进行整体的应力、位移场求解。这虽能在宏观上给出家具受一定外载荷时的应力和变形情况，但未考虑在家具中连接件的作用。事实上，五金连接件是家具中的重要的承载构件，也是家具中比较容易在外载荷作用下发生变形和失效的部分，因此有必要专门对五金连接件进行有限元分析。2五金连接件及其有限元分析五金连接件是家具最常用的连接件，它结构牢固可靠，能够反复安装、拆卸，松动时可以直接调紧，且装配效率高。五金连接件有不同的连接方式，例如板件之间的垂直接合、板件之间的平行接合、框架的组装等。当连接方式不同时，连接件的承载形式也有所不同，有的连接件以承受拉应力为主，有的以承受剪切应力为主，有的主要承受弯曲或扭转应力，也有的连接件需要同时承受多种应力下的组合变形。下面选取三种连接件加以说明。2.1角码角码常用于台面与下框的连接，也可以用于柜类家具的顶板、底板与侧旁等不可见的直角位连接，它是比较经济的连接件，不可多次拆装。因其不易拆装，故在设计时应保证其强度，避免在使用中发生失效。角码在正常工作时主要承受弯曲应力，图1是角码在300牛顿载荷工况下的应力分析结果。本算例的角码的尺寸参数为：长边26mm*18mm,短边18mm*18mm,中孔半径2.5mm,边半径9mm,厚度2mmo从分析结果可知，角码在拐角处容易产生应力集中。经过分析，当载荷为1000牛顿时，角码拐角处的上述最大应力将达到102MPa,将接近材料的许用应力值。若在建模时对角码的几何结构进行微小的改进，改进后的角码如图2所示，即在拐角处增加一个小的三角结构，经过有限元分析，在同样1000牛顿的载荷下角码上最大应力就会降低到82MPa,能够较为明显的改善构件的强度。2.2连接铁片连接铁片主要用于箱柜类的上座与下座连接，组合柜体连接，也可以用在不可见的连接部位，起到加固的作用，并且它拆装方便，是一种较实惠的连接件。连接铁片的主要型号有T型、L型、矩形等。最常用的是矩形铁片，本算例中的连接片尺寸参数为：长50mm宽32mm,厚度2mmo四小螺丝孔直径3mm,中大圆孔直径12mm、小圆孔直径6mm。假设连接铁片在拉应力工况下进行工作，当承受的拉应力为1000牛顿时，有限元应力分析结果表明最大mises应力为70.3MPa,如图3所示。由分析结果可以看出，若只是承受拉应力，则连接铁片中的应力不大，虽然在各个孔周围也有应力集中现象，但在一般的工作载荷下其应力仍远小于材料的许用应力，故这种连接构件在通常的工况下不易被破坏。2.3合页合页也称较链、转轴等，是一种用于连接或转动的装置,使门、盖或其他摆动部件可借以转动，通常由销钉连接的一对金属叶片组成，是家具生产中不可缺少的组成部分，起着连接、支撑和旋转作用。合页一般由轴...