我国的家具结构设计多少年来一直采用经验摸索、实验方法和简化的理论计算。尽管在家具结构分析方面，人们通过长期的实践建立了许多理论，而且也通过大量的实验得出了值得信赖的数据，并制定了相应的标准。但是，这些经验，实验和简化计算耗费了大量的材料和资源，另一方面对家具结构的精确计算需要一种更加科学合理的方法。有限元法是家具结构分析非常有效的方法-有限元法，有限元法适应家具设计向高技术型发展的要求，极大地提高了了家具设计的质量，缩短了设计周期，降低了成本，成为提高现代家具设计的创造性和科学性、提高市场竞争力的一项关键技术和强大工具。这种科学的分析方法在国外已经广泛运用，在我国也必将有广阔的应用前景。

　　1有限元法简介

　　1.1有限元法概念

　　有限元法，也称有限单元法或有限元素法，基本思想是将求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体。它是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。

　　在现代工程技术领域中，许多物体的几何形状、载荷状况及支承约束等非常复杂，要精确获得反映物体应力、应变和位移的解析解相当困难，有时甚至是不可能的，而过多的简化和假设，通常将导致极不准确乃至错误的解答。随着计算机技术的发展，有限元法已经成为有效的结构分析手段。

　　有限元法应用的工程技术领域主要有三类：（1）静态分析。求解不随时间变化的系统平衡问题，如静态系统弹塑性力学分析、静力学、静磁学、稳态热传导中场的分布求解等。（2）模态和稳定性分析。它是平衡问题的拓展，用以确定一些系统的特征值或临界值，分析系统的固有特征和稳定性；（3）即时动态分析。求解一些随时间变化的传播问题。如弹性连续体的即时动态分析（动态响应），液体动力学等。有限元法作为一种日益重要的分析工具应用于许多复杂结构的强度、刚度、稳定性分析计算等。

　　1.2有限元法的主要优点

　　有限元法本身具有许多优点，首先是概念浅显易懂，容易掌握，即可以通过非常直观的物理途径来学习，具有很强的实用性。其次它的应用范围极为广泛，可以成功处理结构分析以及求解热传导、流体力学以及电磁场等连续介质和磁场领域的许多问题。再次它采用矩阵形式的表达式，便于计算机编制程序等。

　　同时有限元法是性能分析与仿真的一种非常有效的手段，也是现代设计方法的一个重要组成部分，成为设计不可缺少的手段，与试验研究相比，这种方法的优点是：（1）可在新产品生产前，在其最初的设计阶段对产品的各种性能进行评估。大大降低了开发成本，缩短了开发周期。（2）可避免由于制造和装配误差对试验产生的影响，使结果更具参考价值。（3）具有可重复性，信息量大，方便快捷等。

　　因此，有限元分析与计算机辅助设计与辅助制造相结合形成的设计、模拟分析、优化及制造的计算机软件，对于新产品开发，具有十分重要的意义。

　　1.3有限元法的应用软件

　　有限元分析应用软件很多，有代表性的大型通用软件已经商品化。如国外的一些优秀的大型能用有限元分析软件如ABOUS，NASTRAN，MARC，IDEAS，HyperMesh，ANSYS等，国内研制的如JIFEX,HAJIF,FEPS,DDJ-W等。这些软件的分析功能和结构模型化功能较强，解题规范大，计算效率高，能够适应广泛的工程领域。而且经过长期的使用和维护，比较可靠。有些还可在微型机上运行，对设计人员是很方便的。

　　2家具结构强度分析实例

　　从家具设计发展的角度看，现代家具越来越趋向于简洁，明快和艺术化，注重立体造型美；要求具有立体浮雕的形象效果，比如仿生家具等。而现代家具材料越来越丰富，除了传统的天然木材之外，各种木质人造板材、金属、塑料、玻璃和大理石以及陶瓷等材料亦越来越多地得到了应用，使得家具材料的品种、质地、色彩等更趋于多样化。层压弯曲木椅正是适应了这种新材料与新的造型设计的发展而出现的家具形式。而国内外对此类家具的有限元分析均未见有报道，因此本次分析选取这种新的家具型式。

　　2.1分析问题描述

　　选取的层压弯曲木椅尺寸为：座面高430mm；椅子总高765mm；座面宽467mm；椅子腿宽度为60 mm。椅子实物为图1所示。分析受力情况为：承受座面和椅背静载荷。材质是欧洲白蜡木，E为9970MPa，μ为0.28。选用有限元软件ANSYS对椅子的变形和应力情况进行分析。

　　采用三维建模软件Pro/Engineer建立椅子的模型。从PRO/E中导入到ANSYS中的有限元模型如图2，由于椅子结构和受力具有对称性，为了便于分析，只需对一侧椅子进行分析即可，所以椅子的最终模型如图3所示。在这里注意的问题是将PRO/E中的坐标与ANSYS中的保持一致，这有利与后面的分析。

　　首先进入单元类型库，操作如下：

　　GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delet>Add

　　在对话框左侧选择Solid选项，在右侧列表中选择Brick 8node 45选项，然后单击OK按钮。

　　2.4定义材料属性

　　定义材料属性的操作如下：GUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Structural>Linear>Elastic>Isotropic

　　在弹性模量文本框中输入9970，在泊松比中输入0.28。

　　2.5设定网格尺寸并划分网格

　　在实际中，结构有的部分应力梯度比较大，需要比较密集的网格，有的部位应力梯度较小，可以采用较稀疏的网格。但是对于复杂的工程结构，事先往往很难准确估计应力变化规律。解决这个问题一个直接的办法是对已有的计算结构进行估计，在误差大、不满足预定的计算精度要求的区域修改计算网格，重新进行应力分析。通过ANSYS的自适应网格划分功能，可以减少有限元计算因网格的划分带来的误差。