防震課桌說明書

1、防震課桌設(shè)計摘要本文通過對防震課桌進行結(jié)構(gòu)講解，材料選擇，假設(shè)計算，應(yīng)力分析，探究防震課桌的可靠性與實用性。1、 該防震課桌布局簡便，遵循建立多道抗震防線的理念，逐級減少力的沖擊。與一般普通課桌相比，抗震課桌的不同之處不僅體現(xiàn)在材質(zhì)上，結(jié)構(gòu)也做出了一定的設(shè)計創(chuàng)新。2、通過螺栓的極限屈服強度計算該防震課桌的抗壓強度，通過有限元求解法分析桌面的設(shè)計是否合理。實行精密計算，得出理論上的抗壓強度。3、該防震課桌實用可靠，選材多為鋁合金、合金鋼等常用金屬。在保證結(jié)構(gòu)牢靠的同時，也保證了制造成本。關(guān)鍵詞：課桌 強度 材料Shockproof design deskSummaryBased on the e

2、arthquake structural explain desks, material selection, calculated on the assumption, stress analysis, vibration desks explore the reliability and practicality.1. The shock desk layout is simple, follow the establishment of multi-channel seismic defense concept, progressively reduce the impact force

3、. Compared with ordinary desk, except seismic desks not only in the material, the structure also made certain design innovation.2, through the calculation of the limit of the yield strength of the bolt shock desks compressive strength, analysis by finite element solver desktop design is reasonable.

4、Implementation of precision calculated the theoretical compressive strength.3, the shock desks practical and reliable, more selection for the aluminum, steel and other common metals. Ensuring solid structure, but also to ensure that the manufacturing cost.Keywords: desk strength materials摘要1第一章 緒論51

5、.1地震的防范意識51.2防震課桌的現(xiàn)狀6第二章 原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計72.1設(shè)計原理72.2主要結(jié)構(gòu)尺寸82.3材料選擇112.3.1箱體結(jié)構(gòu)的材料選擇112.3.2螺栓材料的選擇122.3.3內(nèi)側(cè)腿與外側(cè)腿的材料選擇132.3.4桌寸的選材14第三章 分析計算163.1主要抗震帶的計算163.2內(nèi)側(cè)腿受力后穩(wěn)定的分析20第四章 有限元分析234.1有限元分析簡介234.2有限元分析234.3結(jié)果分析及結(jié)論26第五章 總結(jié)體會275.1本設(shè)計優(yōu)點275.2本設(shè)計缺點275.3本設(shè)計修改方向275.4設(shè)計體會28致謝29參考文獻30第1章 緒論1.1地震的防范意識地震是一種毀滅性的自然災(zāi)害。中國地震

6、臺網(wǎng)正式測定：2015年4月25日14時11分在尼泊爾（北緯28.2度，東經(jīng)84.7度）發(fā)生8.1級地震，震源深度20千米。震中為尼泊爾著名旅游城市博卡拉。有目擊者稱，尼泊爾首都加德滿都有建筑坍塌，尼泊爾一處9層樓高古跡坍塌。西藏拉薩、日喀則等地網(wǎng)友表示震感明顯，印度新德里和其他北部城市也有震感。另外，地震造成珠穆朗瑪峰發(fā)生雪崩。據(jù)媒體稱，震中附近有中國旅行團，安全問題上不知。此外，已確認有中國公民遇難。我國處在亞歐板塊、印度洋板塊和太平洋板塊的交接地帶，由于印度洋板塊在以每年約15cm的速度向北移動，使得亞歐板塊受到壓力，并造成青藏高原快速隆升。各版塊相互擠壓造成構(gòu)造應(yīng)力能量的長期積累，一旦

7、爆發(fā)就會引發(fā)地震災(zāi)害。因而我國是一個地震較為頻繁的國家。因此我們只能未雨綢繆，期盼防范于未然。雖然東漢時代的科學家張衡在公元132年就已經(jīng)發(fā)明了世界上最早的“地震儀”地動儀。當然這種依據(jù)慣性原理制作的地動儀，其實并不能記錄地震的發(fā)生時刻，也更不可能記錄推斷地震發(fā)生的等級，它只有在地震發(fā)生之后才起一個類似通報的作用。隨著人類社會的發(fā)展，日積月累，文明程度的飛速發(fā)展，科學水平的蓬勃發(fā)展，我們也能更準確，更快速的對地震作出反應(yīng)，拯救更多生命，避免更少的損失。但是實際上，這世上現(xiàn)在還沒有并任何一款真正意義上的能預測地震的儀器，包括美國、日本等發(fā)達國家，能讓我們準確的提前預知地震的到來，可以不慌不忙提前

8、撤離，等待地震余波過去再回到原地，重建家園。在現(xiàn)今的技術(shù)手段的觀測下，地震發(fā)生后幾十分鐘內(nèi)，我國及美國、日本等一些建有相當?shù)卣鹋_網(wǎng)的國家和地區(qū)，才可以綜合各個臺網(wǎng)的數(shù)據(jù)，從而判斷出地震的震中、震級、震源深度等地震數(shù)據(jù)。現(xiàn)在各個國家都在搞地震預警，就是利用地震發(fā)生時產(chǎn)生的橫波和縱波傳播速度的不同，從而利用這個時間差采取相應(yīng)的緊急措施，如停止核反應(yīng)堆運作、停止高鐵運行、關(guān)閉化工廠等，避免造成更大的破壞和損失。據(jù)估計，利用這個方法，一般會爭取到8-12秒反應(yīng)時間。但這些，無一不是在地震發(fā)生后才發(fā)揮作用的，屬于地震后的應(yīng)急措施。所以說，我們還沒有真正能預測地震的儀器，我們和其他國家現(xiàn)在在做的，都是盡量

9、通過地震臺網(wǎng)，積累原始數(shù)據(jù)，試圖通過大量積累、解讀這些數(shù)據(jù)，掌握地震發(fā)生的規(guī)律及奧秘?，F(xiàn)階段地震預測工作流程一般主要是地震部門利用現(xiàn)有地震儀器和監(jiān)測手段，采集，記錄提取地震異常信息，經(jīng)過處理分析，對可能發(fā)生地震的地點、時間和震級作出的科學預測。地震預測屬于科學行為，它是依據(jù)真實、可靠的資料通過科學分析得到的結(jié)果，絕非是無根據(jù)的主觀臆測。任何單位和個人都可以提出地震預測意見，但必須上報縣級以上地震工作部門和機構(gòu)，而不得向社會散布。預測是預報的前提，地震預測意見提出后，由縣級以上地震工作部門或機構(gòu)召開地震會商會形式產(chǎn)生地震預報意見，并報上級地震主管部門評審通過后，由國務(wù)院或者省、自治區(qū)、直轄市人民

10、政府發(fā)布地震預報。由此可見，地震預報是政府行為，是向社會公告可能發(fā)生地震的時間、地點、震級范圍等信息的行為，地震預報只有政府才能發(fā)布。地震預報管理條例規(guī)定，一個完整的發(fā)布地震預報過程包括四個程序：地震預測意見的提出、地震預報意見的形成、地震預報意見的評審和地震預報的發(fā)布。那么，地震發(fā)生時是逃還是躲。多數(shù)專家認為地震發(fā)生時，就地躲避是優(yōu)先選擇的方法，現(xiàn)在高樓大廈林立，對于上層居民12秒黃金時間不會允許我們做太多的事。驚慌亂逃可能只會帶來更大的傷害，因為我國的房屋基本全是磚石結(jié)構(gòu)，一斷落下被砸中帶來的傷害直接是破壞性的，在大災(zāi)難面前僥幸心理是不可取的。不要認為房屋倒塌就是死路一條，室內(nèi)總會有物品的

11、支撐，廢墟中也會有一定的生存空間。而且現(xiàn)在救援工具比較先進，像生命探測儀，可以準確探測出生命跡象，救援部隊會快速反應(yīng)實施救援。因此，抗震課桌應(yīng)運而生。采用簡單的布局，牢固的結(jié)構(gòu)以求能支撐更重的重物。 1.2防震課桌的現(xiàn)狀由于我國幅員遼闊，地震多發(fā)于西部、北部地區(qū)。而且我國不像日本等國是地震災(zāi)害平凡的國家，所以抗震防范工作以前并不受到重視。但近幾年地震發(fā)生頻率明顯增高，尤其汶川地震的發(fā)生，給我們敲響了最深刻的警鐘?，F(xiàn)在也有許多防震課桌專利的出現(xiàn)，但被配備使用的還是空白。雖然這些設(shè)計有創(chuàng)新，有突破，但一來一些設(shè)計一般結(jié)構(gòu)復雜，且抗壓強度不夠，實用性不強；二來價格昂貴，不符合我國教育機構(gòu)配備的要求。

12、而新型防震課桌結(jié)構(gòu)簡單，增加了一些螺栓結(jié)構(gòu)，且選材多為鋁合金、鋼材等常見且廉價的金屬材料，增大抗壓強度的同時也大大節(jié)約了開支。第2章 原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1設(shè)計原理現(xiàn)階段地震的防范還停留在被動防御的階段，因此抗震課桌的設(shè)計理念集中體現(xiàn)在建立多道抗震防線。一般建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力依賴于結(jié)構(gòu)各部分的吸能和耗能作用，在抗震結(jié)構(gòu)體系中，吸收和消耗地震輸入能量的各個部分稱為抗震防線。如果抗震結(jié)構(gòu)體系中，部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞降低或喪失抗震能力，而其余部分結(jié)構(gòu)或部件能繼續(xù)抵抗地震作用，稱之多道抗震防線?？拐鸢踩赖脑O(shè)計正是吸取了這種理念。 圖2.1 桌腿連接示意圖 如圖2.1所示，桌腿分為內(nèi)外兩層，可以自由活動，由

13、于防震課桌采用鋼結(jié)構(gòu)，所以重量較重。分為兩部分方便拆卸與搬運。采用M8的螺母將內(nèi)側(cè)腿頂在上方，內(nèi)側(cè)腿與外側(cè)腿形成一個中空減震帶。下面再加兩根螺母，最底部使用谷糠等細小顆粒填充。當?shù)卣鸢l(fā)生，有建筑倒塌時，學生立即躲進課桌下面，課桌與凳子形成一個相對封閉且牢固的空間?？梢杂行Х乐沟袈涞闹匚镌抑蓄^部，即使房屋倒塌也能阻止大塊雜物灌進課桌底部，避免將學生直接掩埋。當課桌受力內(nèi)側(cè)桌腿往下擠壓，由于掉落的重物一般為磚石結(jié)構(gòu)，沖擊力較大。內(nèi)側(cè)腿與外側(cè)腿形成一個雙剪切，開始剪切第一根螺母。接著第一根螺栓開始受力。如果重物較輕可直接擋住此剪切，只會對桌面造成傷害。當受力過大，第一平面4根螺栓全被剪切斷裂，這一過

14、程雖然迅速但仍可卸去一部分力并延長了內(nèi)側(cè)腿對第二根螺栓的沖擊時間。當?shù)诙菟ㄊ芰?，如果此時剩余的沖擊力仍然過大，由于第二個螺孔設(shè)計的比螺栓要大，內(nèi)側(cè)腿擠壓第二根螺栓一起開始下滑，期間螺母與外側(cè)腿摩擦產(chǎn)生一個阻力減少接下來螺柱將要受到的剪切力。當?shù)诙菟ㄈ匀槐患羟袛?，以此類推第三根螺栓開始重復卸力，而且第三個螺孔比第二個螺孔更大一些，摩擦距離更長，能承受的力也越大。當?shù)谌菟〝嗔?，?nèi)側(cè)腿擠壓細小顆粒做最后一次摩擦卸力。經(jīng)過重復卸力，避免倒塌物一次性壓垮課桌，保證學生生命安全，爭取到等待救援的時間。通過對課桌結(jié)構(gòu)的改良，材料的升級，實行精確的計算，使課桌也能成為“救命桌”。防震課桌結(jié)構(gòu)簡單牢

15、固、抗震防震，安全性、可靠性雙重保證。防震課桌主要采用多次減震的理念，使用套筒式桌腿的設(shè)計，將力轉(zhuǎn)移到螺母上，通過螺母與桌腿間的摩擦力來卸力，減少課桌所受沖擊；采用金屬結(jié)構(gòu)，比木質(zhì)結(jié)構(gòu)大大提高了抗壓強度，不會被大塊重物瞬間擊潰。2.2主要結(jié)構(gòu)尺寸抗震課桌主要適用人群自然為在校學生，課桌作為學習工具自然要具有舒適性，或高或矮都會影響學生的正常使用，影響學習效率。中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局出臺的學校課桌椅功能尺寸標準（GB/T 3976-2002）文件對課桌椅的功能尺寸做出了明確的規(guī)定。因此課桌椅的功能尺寸問題也越來越多地被重視，有的地方甚至規(guī)定定期測量學生身高，并按標準規(guī)定調(diào)整課桌椅

16、的高度，每套課桌椅上還配有學生身高和課桌椅高度的銘牌。但是有的地方由于資源所限或不夠重視，沒有能力按標準配備課桌椅，也沒按學生身高適時調(diào)整課桌椅的高度。學生長期使用不標準的課桌椅會產(chǎn)生各種各樣的危害。學生生活的大部分時間是在書桌椅前度過的，并且一個班的學生身高差別比較大，體重也各不相同。有些課桌設(shè)計者作出創(chuàng)新，在桌子下面的空間做各種結(jié)構(gòu)，這樣壓縮了空間，學生的腳很難放入，而且經(jīng)常會撞到膝蓋，并且學生每天坐在課桌前的學習時間長，同時學生又處于身體發(fā)育的關(guān)鍵時期，坐姿不協(xié)調(diào)輕者會引起脖頸酸痛，頭腦發(fā)昏，久視后視物模糊，四肢無力，疲勞困乏等癥狀，重者引起近視、駝背、腦血管痙攣及脊柱彎曲異常等疾病，脊

17、柱彎曲異常又會影響心肺血液循環(huán)、呼吸和消化功能，使肺活量減少，將極大影響學生的學習興趣，在其心理上投下陰影，若長期處于頸部過度前傾不良姿勢，頸肌可因負荷過重而出現(xiàn)勞損，引起頸肌緊張綜合癥甚至患頸椎病的危險性增高。抗震課桌旨在地震發(fā)生時作為“救命桌”，但更多時候還是學習工具。國家標準GB/T 39762002規(guī)定了不同身高學生使用的課桌椅十種型號。這里選擇表一、表二中6號尺寸作為被設(shè)計課桌尺寸。表一：中小學校課桌椅各型號的標準身高、身高范圍表項目1號2號3號4號5號6號7號8號9號10號桌面高760730700670640610580550520490座面高4404204003803603403

18、20300290270標準身高180.0172.5165.0157.5150.0142.5135.0127.5120.0112.5學生身高范圍173165179158172150164143157135149128142120134113127119依據(jù)學校課桌椅功能尺寸標準（GB/T 3976-2002）文件對6號課桌的標準，要求桌面凈高610mm，學生使用身高范圍為135149mm，平均身高為142.5mm。 表二： 各型號課桌椅的其它功能尺寸課桌尺寸名稱1號2號3號4號5號6號7號8號9號10號桌下凈空高1（h2）630600570550520490460430400370桌下凈空高2（

19、h3）490460430400370340310280250220桌面深、桌下凈空深1（t1）400桌下凈空深2（t2）250桌下凈空深3（t3）330桌面寬（b1）單人用600，雙人用1200桌下凈空寬（b2）單人用440，雙人用1040選擇桌面凈高為610，桌下凈空高490；桌面長600，寬400，做單人用課桌，符合國家標準。如圖2.2.1,2.2.2所示。圖2.2.1組裝俯視圖 圖2.2.2組裝主視圖課桌主要結(jié)構(gòu)： 1、課桌箱體結(jié)構(gòu)。由上端面，后端面，2個側(cè)面和下底板5部分焊接組成。 2、固定螺栓。使用M1030的沉頭螺栓，共4個。 3、課桌內(nèi)側(cè)腿。共4個，頂端鉸深度為30的螺紋孔。 4

20、、桌寸。有長短兩種，每樣2個。 5、課桌外側(cè)腿。內(nèi)部鏤空一部分，并鉸透3個螺紋孔，共4個。 6、抗震螺栓。每根桌腿裝3個，主要減震結(jié)構(gòu)，帶螺帽，共12個。2.3材料選擇材料的性能主要包括使用性能和工業(yè)性能。使用性能是指材料為保證零件能正常工作和有一定工作壽命而應(yīng)具備的性能，包括物理性能、力學性能、化學性能。工藝性能是指材料為保證零件的加工過程能順利進行應(yīng)具備的性能，包括焊接性能、鑄造性能、切削加工性能和熱處理工藝性能等。2.3.1箱體結(jié)構(gòu)的材料選擇所謂箱體結(jié)構(gòu)就是課桌上端面、下端面、后端面和兩個側(cè)面組成的半封閉空間，對于課桌來說是學生在日常學習中主要的使用部分，是最易腐蝕生銹的部位。考慮到整個

21、桌子的使用材料，全部使用鋼才勢必會使整個桌子過于笨重。對于箱體部分選用的金屬材質(zhì)應(yīng)該具備密度小，耐腐蝕等特點。日常生活中一般所用的耐腐蝕金屬為不銹鋼和鋁合金。然而不銹鋼材質(zhì)密度比鋁合金要大，易反射光線，造成光污染。所以選用鋁合金作為箱體結(jié)構(gòu)的制作材料。將某些合金元素適量的加入純鋁中，并進行熱處理或冷變形加工，可大大增強其力學性能，其強度甚至可以達到鋼的強度指標。鋁合金分為鑄造鋁合金，鑄造鋁合金合金元素含量多，具有共晶組織，合金熔化溫度低，流動性好，適于鑄造；變形鋁合金，合金塑性好，適宜壓力加工。變形鋁合金按其性能和使用特點的不同，可分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁、和鍛鋁四大類。防銹鋁合金主要特點是焊

22、接性、塑性、耐腐蝕性好，不可進行熱處理；硬鋁合金的硬度較強，最高可達420MPa,與鋼的強度差不多；超硬鋁合金經(jīng)時效處理后的強度可高達680MPa；鍛鋁合金有優(yōu)良的熱塑性，熱加工性、鑄造性和耐腐蝕性較好，力學性能與硬鋁相當?？紤]使用與加工工藝這里選用硬鋁合金。2.3.2螺栓材料的選擇 圖2.3.2.1 沉頭螺栓 圖2.3.2.2 普通螺絲如圖2.3.2.1和圖2.3.2.2所示為抗震課桌中使用的螺絲類型?？拐鹫n桌中螺栓作為主要抗震部位，應(yīng)選用強度較高的材料。這里選用合金調(diào)質(zhì)鋼。合金調(diào)質(zhì)鋼具有強而韌的良好綜合力學性能，是承受較復雜、多重工作載荷零件的合適材料，常用于制造能承受較大負荷，同時還承受

23、一定沖擊的機械零件，如機床主軸、齒輪、柴油機連桿螺栓等。調(diào)質(zhì)鋼淬透時其屈服強度可達800MPa以上，合金調(diào)質(zhì)鋼按按淬透性可分為三類：低淬透性調(diào)質(zhì)鋼，調(diào)制后具有較好的力學性能及工藝性能，多用于制造尺寸小較重要的零件；中淬透性調(diào)質(zhì)鋼，調(diào)制后具有較好的綜合力學性能，多用于制造截面尺寸較大、載荷較大的調(diào)制零件；高淬透性調(diào)質(zhì)鋼，調(diào)制后綜合力學性能有更大的提高，多用于制作大型齒輪和軸類零件。這里選用中淬透性調(diào)質(zhì)鋼中內(nèi)的40CrMn鋼種。2.3.3內(nèi)側(cè)腿與外側(cè)腿的材料選擇 圖2.3.3.1桌腿連接示意圖如圖2.3.3.1為桌腿連接示意圖，為保證內(nèi)側(cè)腿受到?jīng)_擊時不會發(fā)生彎曲失穩(wěn)，其材料強度要求相對也要求較高。

24、由于桌腿所用材料較多，所以不適合用一些貴重的金屬材料。推薦使用45號鋼。45號鋼作為常用中碳調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。一般用于制造齒輪、齒條、軸、鍵、銷、壓縮機及泵的零件，還可代替滲碳鋼做軸、齒輪、活塞銷等。該鋼冷塑性一般，退火、正火比調(diào)質(zhì)時要稍好，具有較高的強度和較好的切削加工性，經(jīng)適當?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性，材料來源方便。適合于氫焊和氬弧焊，不太適合于氣焊。焊前需預熱，焊后應(yīng)進行去應(yīng)力退火。正火可改善硬度小于160HBS毛坯的切削性能。該鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，其綜合力學性能要優(yōu)化于其他中碳結(jié)構(gòu)鋼，但該鋼淬透性較低，水中臨界淬透直徑為1217mm，水淬時有開裂傾向。當直徑大于80mm時，經(jīng)調(diào)

25、質(zhì)或正火后，其力學性能相近，對中、小型模具零件進行調(diào)質(zhì)處理后可獲得較高的強度和韌性，而大型零件，則以正火處理為宜，所以，此鋼通常在調(diào)質(zhì)或正火狀態(tài)下使用。2.3.4桌寸的選材 圖2.3.4.1 桌寸一 圖2.3.4.2 桌寸二如圖2.3.4.1和圖2.3.4.2所示，兩個桌寸只存在長度尺寸的差別。對于兩組支架，起到一個輔助支撐固定和阻擋重物的作用，強度要求不用太高，市場上最便宜的鋼材為Q235，所以選用此種鋼材。按GB/T700-2006的規(guī)定，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法是由代表屈服強度的“屈”字的漢語拼音首位字母“Q”開頭，后跟最低屈服強度值（MPa）。Q235表示其屈服強度為235MPa,

26、雖然此鋼質(zhì)量和性能不高，但其冶煉方法簡單、工藝性號、價格低廉，性能能滿足一般工程結(jié)構(gòu)件及普通零件的要求。第3章 分析計算3.1主要抗震帶的計算 材料力學的定義很清楚：“剪切”是在一對（1）相距很近、（2）大小相同、（3）指向相反的橫向外力（即平行于作用面的力）作用下，材料的橫截面沿該外力作用方向發(fā)生的相對錯動變形現(xiàn)象。能夠使材料產(chǎn)生剪切變形的力稱為剪力或剪切力。發(fā)生剪切變形的截面稱為剪切面。判斷是否“剪切”的關(guān)鍵是材料的橫截面是否發(fā)生相對錯動。因此，菜刀切菜不是剪切現(xiàn)象（因蔬菜的橫截面沒有發(fā)生相對錯動），而用剪刀剪指甲則是（指甲的橫截面發(fā)生相對錯動。注：用指甲剪剪指甲不是一種剪切現(xiàn)象，雖然它同

27、樣能把指甲剪下來。它屬于擠壓變形）。至于“剪切力”的來源，當然是壓力造成的。也可以說，剪切力是一種特殊形式的壓力。如上圖所示，桌腿處三枚螺栓作為主要減震結(jié)構(gòu)，當螺栓由于強度不足會被壓潰失效，這里主要討論三枚螺栓能承受最大的切應(yīng)力。 由表1-4可知，螺栓的許用安全系數(shù)隨直徑減小而增大。尺寸小的螺栓，在扳緊時容易過載而損壞，為了安全起見，把許用安全系數(shù)定的高些，許用應(yīng)力取得低些。設(shè)計時由于直徑d和許用應(yīng)力都是未知數(shù)，需要用試算法，即先設(shè)定一公稱直徑d,查出許用安全系數(shù)S和求得許用應(yīng)力后進行試算，直到算出直徑與假定的相符為止。 假定螺栓公稱直徑為8，螺栓與內(nèi)側(cè)腿為緊密連接，40CrMn為合金鋼。由表

28、可得許用安全系數(shù)S靜載是為5.3，變載時為7。當恰好剪切斷一根螺栓的力。如圖3.1.1所示當重物落下對桌面施加力，內(nèi)側(cè)腿跟著沖擊第一根螺栓。形成一個雙剪切。 圖3.1.1螺栓受力分析圖由 Fs=F/2，得 F=2Fs=2A。Fs為螺栓所能承受的極限應(yīng)力。為螺栓的極限許用切應(yīng)力。A為所切橫截面的面積。F為所受力的總和。又 為許用應(yīng)力。為強度極限，作為構(gòu)件工作應(yīng)力的最高限度。為安全因數(shù)。 由材料力學P26表2.1幾種常用材料的主要性能知45號合金鋼=835MPa，由表1-4得安全系數(shù) =7即 =835/7120MPa F=212012KN由動能守恒定律，得m為掉落重物質(zhì)量。g為自由落體加速度。h為

29、重物掉落的高度。V為重物與桌子接觸瞬間的速度。設(shè)h為2.5m,g取9.8N/Kg，則v=7m/s。由動量守恒定律 F為螺栓的允許極限應(yīng)力。t為為重物接觸到桌面到內(nèi)側(cè)腿沖擊第一根螺栓斷裂之間的時間。為重物質(zhì)量，為重物質(zhì)量。為接觸瞬間，重物所攜帶的速度。為假設(shè)靜止速度，即為0。設(shè)接觸時間t=0.1s, =4Ft/v=12KN0.1S7m/s170Kg所以一根螺柱能承受大約170千克的重物從2.5m高空下落的沖擊，根據(jù)受力分析同一平面共有4根螺柱，所以總共能承受大約1704=680Kg重物的沖擊。當恰好剪切斷兩根螺栓的力。當重物大于680Kg時，第一根螺栓瞬間被剪切斷，接下來內(nèi)側(cè)腿開始沖擊第二根螺栓

30、。假設(shè)下面的螺栓螺栓剛好斷裂，則重物的沖擊力應(yīng)該大于等于8F，至少為96KN.即 F=96KN由動能守恒定律，得m為掉落重物質(zhì)量。g為自由落體加速度。h為重物掉落的高度。V為重物與桌子接觸瞬間的速度。設(shè)h為2.5m,g取9.8N/Kg，則v=7m/s。 由動量守恒定律 F為8根螺栓的允許極限應(yīng)力。t為重物接觸到桌面到內(nèi)側(cè)腿沖擊第二根螺栓斷裂之間的時間。=m為重物的質(zhì)量。為接觸桌面瞬間，重物所攜帶的速度。為假設(shè)靜止速度，即為0。設(shè)接觸時間t=0.2s, =8Ft/v=96KN0.2S7m/s2700Kg所以當重物質(zhì)量大于27000Kg時，才可能剪切斷第二平面的螺栓。當恰好剪切斷第三根螺栓的力。當

31、重物遠大于27000Kg時，第一、二根螺母起到一個緩沖的作用，與第三根螺柱接觸時間變長。第三根螺栓斷裂，所承受的力至少為12F=144KN由動能守恒定律，得m為掉落重物質(zhì)量。g為自由落體加速度。h為重物掉落的高度。V為重物與桌子接觸瞬間的速度。設(shè)h為2.5m,g取9.8N/Kg，則v=7m/s。由動量守恒定律 F為12根螺栓的允許極限應(yīng)力。t為重物接觸到桌面到內(nèi)側(cè)腿沖擊第三根螺栓斷裂之間的時間。=m為重物的質(zhì)量。為接觸桌面瞬間，重物所攜帶的速度。為假設(shè)靜止速度，即為0。設(shè)接觸時間t=0.3s, =12Ft/v=144KN0.3S7m/s6000Kg因此當接觸到第三平面上，12根螺母能承受的力大

32、約有6000Kg的重物.所以此抗震課桌的承受范圍在680Kg到6000Kg的重物的從2.5M高度落下的沖擊。3.2內(nèi)側(cè)腿受力后穩(wěn)定的分析 在工程結(jié)構(gòu)中，受壓桿件如果比較細長，受力達到一定的數(shù)值(這時一般未達到強度破壞)時，桿件突然發(fā)生彎曲，以致引起整個結(jié)構(gòu)的破壞，這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)。臨界力的計算公式為：影響臨界力的因素：（1）壓桿的材料。（2）壓桿的截面形狀與大小。（3）壓桿的長度。（4）壓桿的支承情況。 圖3.2.1桌腿受力分析圖如圖3.2.1所示，當桌腿受到重物向下的壓力時，底面會受到反作用力，兩個力擠壓桌腿，可能造成彎曲失穩(wěn)。不同支座情況下臨界力的計算公式為：，為壓桿的計算長度,為長度系數(shù)

33、, E為材料的彈性模量 ， I為截面的最小慣性矩。（1） 當柱的一端固定一端自由時，l=2l;=2。（2）兩端固定時，l=0.5l;=0.5。 （3）一端固定一端鉸支時，l=0.7l；=0.7。（4）兩端鉸支時，l=l，=1。眾所周知長細比=l/i,長細比A是影響臨界力的綜合因素。當構(gòu)件長細比過大時，常常會發(fā)生失穩(wěn)破壞。此處討論內(nèi)側(cè)腿再受力沖擊時，是否會發(fā)生失穩(wěn)。由于內(nèi)側(cè)腿一端固定一端自由，所以=2。取長度為0.3m。45號鋼的彈性模量E取21010Pa;由于內(nèi)側(cè)腿為矩形，所以先求對y軸的慣性矩。取平行于y軸的狹長條件作為微面積dA。則 dA=bdz I=用完全相似的方法可求得I=b為桌腿寬度

34、0.04m，h為桌腿長度為0.3m?？梢郧蟮?I=0.040.30.30.3/12=910m所以 =510N由G=mg，得 m=G/gG為重物落下動能，設(shè)F=G，則 m=510/10=5kg因此此桌腿至少能承受50000Kg的重物而不會失穩(wěn)，結(jié)合對減震帶的計算，所以此課桌的桌腿在沖擊斷所有螺栓后任然不會失穩(wěn)。所以針對此結(jié)果，我們也可以對螺栓的選材作出改進，如果想要更輕便的課桌，允許選取彈性模量更小的材料，由公式可知F與彈性模量成正比。這里就不一一討論。第4章 有限元分析4.1有限元分析簡介現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，離不開計算機技術(shù)的進步。現(xiàn)如今，計算機技術(shù)在工業(yè)方面的應(yīng)用越來越多，比如CAD（計算機

35、輔助設(shè)計）、CAM（計算機輔助制造）、CAE（計算機輔助求解復雜工程）。而有限元分析就是利用計算機軟件，如ANSYS，利用數(shù)學近似的方法對真實載荷工況進行模擬，用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)。ANSYS是美國ANSYS公司開發(fā)的商業(yè)軟件，是現(xiàn)階段比較權(quán)威的有限元分析軟件，能與多數(shù)軟件實現(xiàn)對接，數(shù)據(jù)互通，如PRO/E、AutoCAD。ANSYS分析過程中包含三個主要的步驟。1 創(chuàng)建有限元模型（1）創(chuàng)建或讀入幾何模。（2）定義材料屬性。（3）劃分網(wǎng)格、節(jié)點及單元。2 施加載荷并求解（1）施加載荷及載荷選項，設(shè)定約束條件。（2）求解。3 查看結(jié)果（1）查看分析結(jié)果。（2） 檢驗結(jié)果。4

36、.2有限元分析1、 問題描述。如圖所示課桌放在地面上，當受到重物沖擊時，確定桌面的變形量。圖中參數(shù)如下，質(zhì)量密度2.7g/cm 屈服強度207MPa 極限拉伸強度345MPa 楊氏模量210GPa 泊松比0.3 切變模量80GPa2、 創(chuàng)建分析模型。打開ANSYS，新建路徑進入ANSYS。定義單元類型。單元的選用原則（1）盡量選用維數(shù)低的單元去獲得預期的結(jié)果，做到能選擇點而不選擇線，能選擇線而不選擇平面，能選擇平面而不選擇殼，能選擇殼而不選擇三維實體。 （2）對于復雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)當考慮建立兩個或者更多的不同復雜程度的模型。（3）為了保證單元之間的協(xié)調(diào)性，注意盡量在有限元模型中避免產(chǎn)生不必要的不同單

37、元的連接，保證自由度的相容性，通常選用一種單元類型來產(chǎn)生一個有限元模型。（4）如果在由于幾何、材料、載荷或分析結(jié)果要求考慮的細節(jié)等原因造成無法采用更簡單單元進行建模的結(jié)構(gòu)時候，可考慮實體單元。定義桌面為CONTA173。定義材料屬性。在彈出的彈出的定義材料屬性的對話框中，輸入各項性能參數(shù)。質(zhì)量密度a0.3，切變模量80GPa。建立有限元模型。3、 加載與求解。施加約束。施加作用力130KN。施加載荷0.5MPa.求解。4、 結(jié)果。桌面的變形情況。 應(yīng)力云圖4.3結(jié)果分析及結(jié)論 從位移云圖和應(yīng)力云圖中可知，紅色的部分處表示的是最大位移和最大應(yīng)力，在藍色的部分處表示的是最小應(yīng)力。從云圖中可以讀出：最大位移為：13.65mm。最大應(yīng)力為：732.1MPa。最小應(yīng)力為：-114.4MPa。分析可知，箱體空間為100mm,最大位移為13.65mm，因此該設(shè)計桌面符合要求。第五章 總結(jié)體會5.1本設(shè)計優(yōu)點 與國內(nèi)外同類型產(chǎn)品相比，本設(shè)計中研究設(shè)計的防震課桌勝在結(jié)構(gòu)簡便，方便工廠加工制造，使用中拆卸與組裝；連接緊固，課桌更加牢靠，能承受更高強度的