基于有限元法的明式圈椅结构优化设计

李京龙 温冠宁

关键词：有限元法;明式圈椅;结构优化设计

1 有限元法概述

有限元法是一种数学计算法，顾名思义“有限元”是将无限的单元通过数学的方法简化成有限的单元。放在产品设计上来说就是将无穷连续的产品几何体模型通过有限元软件分解成由有限数量单元格组成的模型，模型之间通过节点来连接，模型几何体之间受力与应变通过节点连接的单元体来传递数据并计算，这种用有限数量的单元来替代无限数量的几何体或者解析域的计算方法我们称之为有限元法。有限元法大大简化了问题的复杂性，使得计算可以量化，是一种科学且效率高的计算方法，目前已经广泛应用于建筑、医疗、制造业、设计领域[1]。本文将通过有限元软件ANSYS Workbench 平台对明式圈椅进行结构优化设计。

2 明式竹圈椅概述

本次论文的研究对象为明式家具圈椅，图1 为家具设计师方海设计的明式圈椅系列家具，圈椅起源于中国唐朝，兴起于明朝的圈背连着扶手，椅圈从椅背沿着扶手向下，人在座靠时可以沿着椅背与扶手衔接的椅圈很自然地将臂膀搭载上面[2]。圈椅的设计符合人体工程学，实用且美观。圈椅的造型上部扶手是圆形，下面座垫是方形，寓意外圆内方，象征着天圆地方的中国传统文化理念，是中国明式家具的代表性椅子之一[3]。

明式圈椅不仅外观典雅大气，圈椅的结构在设计与制作上也精致巧妙，在各个部件的连接处均采用榫卯连接，如暗隼、穿插榫等方式来连接多种不同的部件结构，传统的榫卯连接既美观又稳固。……