CN113128079A - 按摩椅缓冲件的顶压测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种按摩椅缓冲件的顶压测试方法，其包括：1)建立三维的几何模型，几何模型包括支撑件模型以及平板状的传力板模型，传力板模型与所有支撑件模型组成整体，且传力板模型支撑设于所有支撑件的上方；2)利用有限元分析，定义传力板模型与所有支撑件模型各接触面处的相互作用；3)向几何模型施加对应测试标准的载荷，判断几何模型是否局部有变形或应力集中，若未出现变形或应力集中则表示几何模型中各支撑件能承受预设的静力载荷，符合质量要求；若变形明显或有应力集中区域则表示几何模型中各支撑件不符合质量要求，无需开模即进入重新设计优化流程。本发明可以在设计初在材料选择和结构设计两个方向趋于合理的平衡，其可替代物理测试方法，缩短顶压测试时间，且无需增加开模费用，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及按摩椅包装技术领域，特别是涉及一种按摩椅缓冲件的顶压测试方法。
背景技术
按摩椅在包装运输中均需要在包装箱内放置缓冲结构件，确保按摩椅的稳定输送。为区别缓冲结构件可承受一定压力，稳定支撑，实现安全运输，一般需对缓冲结构件作顶压测试，检测其是否可承受一定的静压力。现有的顶压测试方法一般为物理试验方法，需要整个按摩椅所用到的所有缓冲结构件置于外箱中，使用顶压强度试验机对缓冲结构件进行对应标准压力的顶压实验，将缓冲结构件对准试验机压盘孔中心位置，转动上方旋转手轮，旋转至对应扭力，按下绿色启动按钮，此时油压推动压力上升，直至样件压溃。该物理实验过程测试周期较长，按摩椅缓冲件对温湿度条件要求较高，实验环境对测试结果有直接影响。
可见，现有按摩椅缓冲结构顶压测试方法在实际情况下，存在以下缺陷：
(1)按摩椅缓冲结构件的顶压测试时间过长，严重影响项目开发周期。在市场变化迅速的今天，传统的物理测试方法缺乏灵活性，高效准确的实验数据变得越发重要。
(2)同周期内结构受力测试数据单一，缺乏完整的数据比对和验证。因为按摩椅产品本身价值较高，对测试时间及测试场地都有较高要求，所以物理实验测试只能得到比较单一的是否失效的结论，缺乏数据的对比和多次验证。
(3)按摩椅缓冲结构件的测试成本过高，不利于产品市场竞争。因为测试结果具有不确定性，如果测试产品失效，对应缓冲组件将失去再次使用的可能，即进入报废流程。这一过程将无效的增加产品开发模具成本。
(4)物理测试结果无法直观的看到部件内部各点的应力变化，对于受力问题改善分析缺乏导向性。因为按摩椅缓冲结构件的很多部分为注塑件，材料多为EPS或EPE，对于物理实验受力后的样品无法直观看到材料本身内部的变化。
因此，亟待采用一种新的顶压测试方法，使其可以解决按摩椅缓冲组件顶压测试时间长、要求高的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种按摩椅缓冲件的顶压测试方法，用于解决现有技术中按摩椅缓冲件的顶压测试时间长、要求高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种按摩椅缓冲件的顶压测试方法，所述按摩椅缓冲件包括多个独立的支撑件，所述按摩椅缓冲件的顶压测试方法包括：
1)建立三维的几何模型，所述几何模型包括与所述支撑件匹配的支撑件模型，以及平板状的传力板模型，所述传力板模型与所有支撑件模型组成整体，且所述传力板模型支撑设于所有支撑件的上方，所述传力板模型为合金钢板模型；
2)利用有限元分析，定义所述传力板模型与所有支撑件模型各接触面处的相互作用；
3)向所述几何模型施加载荷，且将预设的静力载荷以垂直所述传力板模型平面的方式施加于所述几何模型，判断所述几何模型模型是否有局部剧烈变形或应力集中，若未出现明显变形或应力集中则表示几何模型中各支撑件能承受预设标准的静力载荷，符合质量要求；若变形明显或有大量的应力集中区域则表示几何模型中各支撑件不符合质量要求，无需开模即进入重新设计优化流程。
优选的，所述步骤3)中，判断所述几何模型是否有剧烈变形或应力集中，若有剧烈变形或应力集中，则对所述步骤1)中的各支撑件模型进行调整，调整后则重复步骤2)-3)，直至调整后的所述几何模型未出现明显变形或应力集中，所述几何模型中各支撑件符合质量要求为止。
优选的，在所述步骤2)前，对所述几何模型进行受力分析前的简化，对分析结果影响微弱的特征进行合并处理。
优选的，将所述几何模型中的内外圆角进行去除，对所述几何模型中各支撑件模型的拔模斜度特征进行去除。
优选的，所述步骤2)前，还包括对所述几何模型的材料特性及截面特性进行定义；
定义各支撑件模型为EPS材料、密度为20kg/m3、弹性模量为5.112E+6N/m2、泊松比为0.11；
定义传力板模型为合金钢板材料、密度为7700kg/m3、弹性模量为2.10E+11N/m2、泊松比为0.28。
优选的，所述几何模型中各支撑件模型进行网格化时，以拆分结构的技术方法分布划分为四面体单元。
优选的，所述几何模型中各支撑件模型进行网格化时，对各支撑件模型中局部曲率变化处采用不等比网格化处理。
如上所述，本发明的按摩椅缓冲件的顶压测试方法，具有以下有益效果：利用有限元分析法，针对按摩椅缓冲件的结构特性和材料属性，通过建立平板状的传力板模型，将所有支撑件有机结合在一起，组成一整体，即对按摩椅缓冲件建立几何模型和有限元分析简化模型；根据按摩椅缓冲件在实际运输、装卸及堆码过程中承受载荷的范围，取顶压测试的对应标准工况对缓冲结构进行有限元分析，结合实际情况对缓冲件进行受力的验证，检测所建立的模型是否符合质量要求，本发明可以在设计初在材料选择和结构设计两个方向趋于合理的平衡，其可替代物理测试方法，缩短顶压测试时间，且无需增加开模费用，降低了生产成本。
附图说明
图1显示为本发明的各支撑件模型示意图。
图2显示为本发明的所建立的几何模型简化后示意图。
图3显示为本发明的按摩椅缓冲件在顶压测试t＝1s时变形云图。
图4显示为本发明所建几何模型的变形/未变形对比图。
图5显示为本发明所建几何模型的总能量变化示意图。
图6显示为本发明所建几何模型网格化图。
图7显示为本发明所建几何模型的固定及刚体约束示意图。
元件标号说明
1 按摩椅缓冲件
2 传力板
101～104 支撑件模型
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图7。须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供一种按摩椅缓冲件的顶压测试方法，所述按摩椅缓冲件包括多个独立的支撑件，所述按摩椅缓冲件的顶压测试方法包括：
1)建立三维的几何模型，所述几何模型包括与所述支撑件匹配的支撑件模型，以及平板状的传力板模型，所述传力板模型与所有支撑件模型组成整体，且所述传力板模型支撑设于所有支撑件的上方，所述传力板模型为合金钢板材料，并定义为刚体属性；
2)利用有限元分析，定义所述传力板模型与所有支撑件模型各接触面处的相互作用；
3)向所述几何模型施加载荷，且将预设的静力载荷(本实施例中预设的静力载荷指对应合格质量所需测试标准的静力载荷)以垂直所述传力板模型平面的方式施加于所述几何模型，判断所述几何模型是否有变形或应力集中，若未出现明显变形(本实施例中明显变形一般指超过5％的位移变量)或应力集中则表示几何模型中各支撑件能承受预设的静力载荷，符合质量要求；若明显变形(本实施例中明显变形一般指具有5％的位移变量)或有大量的应力集中区域(一般指有一个以上的应力集中区域)则表示几何模型中各支撑件不符合质量要求，无需开模即进入重新设计优化流程。
本发明利用有限元分析法，针对按摩椅缓冲件的结构特性和材料属性，通过建立平板状的传力板模型，将所有支撑件有机结合在一起，组成一整体，即对按摩椅缓冲件建立几何模型和有限元分析简化模型；根据按摩椅缓冲件在实际运输、装卸及堆码过程中承受载荷的范围，取顶压测试的对应标准工况对缓冲结构进行有限元分析，结合实际情况对缓冲件进行受力的验证，检测所建立的模型是否符合质量要求，本发明可以在设计初在材料选择和结构设计两个方向趋于合理的平衡，其可替代物理测试方法，缩短顶压测试时间，且无需增加开模费用，降低了生产成本。
本实施例采用有限元分析对按摩椅缓冲件进行顶压测试，其具体可为：
1)建立按摩椅缓冲件中各支撑件的几何模型，见图1所示，支撑件模型101、102、103、104，该些支撑件模型依据按摩椅结构的CAD图纸，按照图纸标注尺寸进行对应仿形设计；同时构件一传力板模型2，见图2所示，建立顶压测试用的三维的几何模型，几何模型包括按摩椅缓冲件1，即上述各支撑件模型，以及平板状的传力板模型2；
2)对上述几何模型进行受力分析前的简化，对分析结果影响微弱的特征进行合并处理，如将所述几何模型中的内外圆角进行去除，对所述几何模型中各支撑件模型的拔模斜度特征进行去除。本实施例中对EPS缓冲组件的原始模型进行了拉伸切除部分拔模斜度的去除，对各内外圆角进行了简化。
3)定义结构截面特性。对上述几何模型中各相关材料和横截面进行定义，并赋于部件。Eriksson和
于1991年得出了常温下EPS线弹性模量与其密度近似符合如下二次函数关系式。
E＝0.0097ρ2-0.014ρ+1.8
本实施例定义各支撑件模型101、102、103、104为EPS材料，密度为20kg/m3，依据上述函数关系定义弹性模量为5.112E+6N/m2；EPS材料的泊松比较小，即在竖向荷载作用下产生的横向变形很小，一般在0.07-0.11之间，本实施例定义EPS泊松比为0.11。
本实施例定义传力板模型为合金钢板，其弹性模量为2.10E+11N/m2，泊松比0.28，质量密度7700kg/m3。
4)建立分析步。分析步的序列体现模型在载荷和边界条件上的变化，本实施例只建立静力通用分析步step-1。
5)定义相互作用。规定上述几何模型中传力板模型与所有支撑件模型各接触面处的相互作用。见图7所示，几何模型的底部进行绑定约束，并对应于分析步step-1；定义相互作用属性力学选项为切向作用，摩擦系数为0.5，对几何模型中各接触平面施加定义好的相互作用属性，对应于初始分析步；定义施压合金钢板为刚体约束，对应传力板模型2，选取顶面四面中点为参考点。
6)施加载荷。指定载荷，边界条件和场，并相关于分析步。在静力分析步中，本实施例在上述几何模型的顶部平面施加垂直于平面的静力载荷800N，见图5所示为本实施例施加静力载荷800N时能量变化图。
7)网格化。对上述几何模型以拆分结构的技术方法分布划分为四面体单元。所述几何模型中各支撑件模型进行网格化时，对各支撑件模型中局部曲率变化处采用不等比网格化处理，见图6所示为优化网格后的几何模型。结点总数74640，单元总数41753，EPS缓冲组件单元类型C3D10，即十结点二次四面体单元。
8)创建作业任务，提交任务。创建Job来实现分析计算，定义作业名称为Top_pressure_800N，监控分析过程中遇到的提示信息，直至最终分析完成。本实施例中将预设的静力载荷以垂直所述传力板模型平面的方式施加于所述几何模型，通过执行上述各步骤，通过有限元分析软件可判断所述几何模型是否有剧烈变形(即大于5％的位移变量)或应力集中，见图4所示为上述几何模型变形与未变形状态对比图，若未出现明显变形或应力集中则表示所述几何模型中各支撑件能承受预设的静力载荷，符合质量要求；若出现明显变形或应力集中则表示所述几何模型中各支撑件不符合质量要求。当在判断所述几何模型是否出现明显变形或应力集中，若出现明显变形或应力集中，则对所述步骤1)中的各支撑件模型进行调整，调整后则重复上述各步骤，直至调整后的所述几何模型未出现明显变形或应力集中，所述几何模型中各支撑件符合质量要求为止。本实施例可实现生成符合质量要求的按摩椅缓冲件。
本实施例的顶压实验结果可视化，见图3所示为上述几何模型t＝1s时变形云图，如图4所示其可查看是否出现明显变形或应力集中；对有限元模型的分析结果创建云图和XY数据。用EPS材料的各支撑件承压过程中各阶段的能量数据变化显性表达各变形阶段，见图5所示。
综上所述，本发明利用有限元分析法，针对按摩椅缓冲件的结构特性和材料属性，通过建立平板状的传力板模型，将所有支撑件有机结合在一起，组成一整体，即对按摩椅缓冲件建立几何模型和有限元分析简化模型；根据按摩椅缓冲件在实际运输、装卸及堆码过程中承受载荷的范围，取顶压测试的对应标准工况对缓冲结构进行有限元分析，结合实际情况对缓冲件进行受力的验证，检测所建立的模型是否符合质量要求，本发明可以在设计初在材料选择和结构设计两个方向趋于合理的平衡，其可替代物理测试方法，缩短顶压测试时间，且无需增加开模费用，降低了生产成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种按摩椅缓冲件的顶压测试方法，所述按摩椅缓冲件包括多个独立的支撑件，其特征在于，所述按摩椅缓冲件的顶压测试方法包括：
1)建立三维的几何模型，所述几何模型包括与所述支撑件匹配的支撑件模型，以及平板状的传力板模型，所述传力板模型与所有支撑件模型组成整体，且所述传力板模型支撑设于所有支撑件的上方，所述传力板模型为合金钢板材料，并且定义为刚体属性；
2)利用有限元分析，定义所述传力板模型与所有支撑件模型各接触面处的相互作用；
3)向所述几何模型施加载荷，且将预设的静力载荷以垂直所述传力板模型平面的方式施加于所述几何模型，判断所述几何模型模型是否有局部变形或应力集中，若未出现变形或应力集中则表示几何模型中各支撑件能承受预设的静力载荷，符合质量要求；若变形或有应力集中则表示几何模型中各支撑件不符合质量要求，无需开模即进入重新设计优化流程。
2.根据权利要求1所述的按摩椅缓冲件的顶压测试方法，其特征在于：所述步骤3)中，判断所述几何模型是否有变形或应力集中，若有变形或应力集中，则对所述步骤1)中的各支撑件模型进行调整，调整后则重复步骤2)-3)，直至调整后的所述几何模型未出现变形或应力集中，所述几何模型中各支撑件符合质量要求为止。
3.根据权利要求1所述的按摩椅缓冲件的顶压测试方法，其特征在于：在所述步骤2)中，对所述几何模型进行受力分析前的简化，对分析结果影响微弱的特征进行合并处理。
4.根据权利要求3所述的按摩椅缓冲件的顶压测试方法，其特征在于：将所述几何模型中的内外圆角进行去除，对所述几何模型中各支撑件模型的拔模斜度特征进行去除。
5.根据权利要求1所述的按摩椅缓冲件的顶压测试方法，其特征在于：所述步骤2)中，还包括对所述几何模型的材料特性及截面特性进行定义；
定义各支撑件模型为EPS材料、密度为20kg/m3、弹性模量为5.112E+6N/m2、泊松比为0.11；
定义传力板模型为合金钢板材料、密度为7700kg/m3、弹性模量为2.10E+11N/m2、泊松比为0.28。
6.根据权利要求1所述的按摩椅缓冲件的顶压测试方法，其特征在于：所述几何模型中各支撑件模型进行网格化时，以拆分结构的技术方法分布划分为四面体单元。
7.根据权利要求6所述的按摩椅缓冲件的顶压测试方法，其特征在于：所述几何模型中各支撑件模型进行网格化时，对各支撑件模型中局部曲率变化处采用不等比网格化处理。
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