玻纤增强复合材料的办公椅五星脚研究

发布时间：2020-03-22 23:59

【摘要】：复合材料的应用日益广泛,其中玻纤增强复合材料以其比强度大、比模量高等优异性能,在办公椅产业中得到了广泛地应用。通过应用玻纤增强复合材料,可让办公椅五星脚等结构件在满足强度要求的同时减少用料,并降低生产成本。玻纤增强复合材料在注塑成型过程当中由于熔料流动而使纤维产生取向,成型产品的力学性能呈现各向异性。本文以办公椅五星脚为例,在PA6+45%GF(尼龙+45%玻纤)材料试验基础上,联合模流分析和结构有限元分析,进行系统性地优化设计与研究。主要工作内容和成果如下:1.对企业在纤维增强复合材料制件研发生产当中面临的主要问题进行了深度调查和分析,并对纤维增强复合材料中纤维取向的数值模拟技术,以及材料力学性能仿真技术的研究现状进行了分析,从而确立了本文的研究方法和实施方案。2.针对注塑工艺对材料力学性能的影响,利用Moldflow仿真模拟技术设计最佳纤维取向样板结构,并基于正交试验法,设计注塑工艺参数,进行注塑实验。从样板上切割拉伸测试样条进行拉伸测试,并分析了注塑工艺对材料力学性能的影响。3.将注塑样板在与纤维方向成0°、45°、90°方向上切割出测试样条,并对样条进行拉伸应力应变测试,评价纤维取向及工艺参数对材料力学性能的影响。采用扫描电镜对试样断口进行观察,分析了纤维取向情况。利用Advanced Material Exchange软件将样板纤维取向从模流分析结果映射到样条结构有限元模型,并基于测试所得应力应变数据,拟合材料模型,在ABAQUS中模拟样条拉伸。评估模拟拉伸结果与试验结果误差。4.对五星脚结构及注塑模具进行了设计,并分析了注塑过程纤维取向。采用纤维取向映射方法,对PA6+45%GF材质办公椅五星椅脚进行结构有限元分析,并优化椅脚结构,使其满足强度要求。对五星脚进行静压强度测试,并对比模拟结果,评估仿真优化准确性。通过注塑正交试验及拉伸测试分析了注塑工艺对玻纤取向及材料力学性能的影响。基于测试数据进行了材料力学性能的数值模拟,并以此对五星椅脚进行仿真分析,取得了较好的成果,对其他纤维增强注塑制件的设计具有重要的指导意义。
【图文】：

断裂图

同时在塑料当中添加玻璃纤维制成复合材料，其强度也得到大幅业当中，，座椅主要结构件中塑料材质占比较大，尤其是网椅及高端、甚至高达 80%以上。例如在部分企业生产的网椅中，椅脚材料多采+玻纤），扶手采用 PP（聚丙烯），座框、靠背等采用 PP+GF（聚丙烯升降气杆和托盘外，其他结构件全部由塑料材料生产。办公椅塑料结产方式，在设计生产当中，经常会发生试模产品强度不合格，满足不而重新修改设计并修模，有的甚至需要多次修改。题研究正是针对合作企业浙江XX椅业股份有限公司在实际研发过程司产品在研发期间为达到强度标准要求，往往要经过多次修模，严重后了产品交货期及上市时间。任何办公椅产品，在上市前都要通过一准，有国内的 GB/T 2280/10357 测试标准，欧盟的 EN1335 测试标准5.1 测试标准，其中尤以美国的 BIFMA 标准要求最为严格，对办公椅乎苛刻，例如对椅脚的静压测试达到 11120N。测试标准项目繁多，强度、冲击强度测试，靠背的耐压和疲劳强度测试，扶手的垂直、水如图 1-1 所示为测试过程中发生断裂的椅脚。

分析流程,纤维取向

图 1-2 Helius：MCT 分析流程航天局使用Helius对宇宙神-5级间适配器进行优化设计试结果进行比较，发现飞行器仿真模型与实际模型的.5%。用 Moldflow 对保压压力对纤维取向的影响及对制件力过试验验证了模拟的准确性。梁军等[34]通过有限元软件了周期性单向复合材料和三维四向编织复合材料的各项明专利中提出了一种基于ABAQUS和Moldflow联合仿方法。其将 Moldflow 中得到的纤维取向通过运行元网格中进行分析。张成[36]通过 MPI 软件和 Algor 软玻纤增强聚丙烯的纤维取向和力学性能进行了研究，并结果与试验结果之间的差距。士论文中对长玻纤增强 PP（LGFPP）的玻纤取向分布利用 Moldflow 对汽车仪表盘进行了纤维取向模拟预测向张量分布情况。为了对模拟情况进行有效的验证，从
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TS665.4;TB332

【参考文献】