Utvikling og validisering av metoder for styrkeberegning av kontorstoler

Abstract

Målet med oppgaven var å undersøke og identifisere eventuelle feil ved eksisterende beregninger utført av Validus Engineering, og fysiske tester utført av SINTEF. Videre skulle viutføre fysiske tester i henhold til standard prosedyre, gitt fra HÅG, og hente ut data via lastceller.Dette ble videre brukt til fintuning av den dynamiske analysen for å få en mest mulig korrekt virtuell modell for ytterligere optimalisering av kontorstolene.

De fysiske testene ble utført ved Utmattingslaboratoriet ved IPM Perleporten med utgangspunkt i ANSI/BIFMA X5.1-2002-standarden. Alle koblingskomponenter vi trengte for å gjennomføre testen er tilvirket av oss i samråd med verkstedpersonalet. For å få målingene så autentiske som mulig ble testen utført på hele kontorstolen med tre lastceller i serie for å fange opp egenskapene til systemet.

Resultatet av de fysiske testene viste en maksimalkraft i nederste lastcelle på 16,5 kN, og det er denne lasten vi har brukt i de statiske analysene. Videre gjorde vi en kraft-forskyvningstest avgassylinderen, hvor resultatet ga oss en fjærkonstant for systemet som har blitt benyttet i dedynamiske analysene. Dempningen i systemet har vi iterert oss frem til ved hjelp av krafttidresponskurver.

Ut ifra de statiske analysene fikk vi relativt høye spenninger, i størrelsesorden 350 MPa, som i praksis vil gi plastisk deformasjon. Dette ble verifisert gjennom fysiske målinger på stolkryssetetter endt testing. Vi kan anslå at under worst-casebetingelser vil hvert stolkryssbein få ca 1° varig vridning.

Den virtuelle dynamiske modellen har blitt satt opp ut i fra de egenskapene systemet har i praksis og kan overføres til andre typer stolkryss, for eksempel der stolsetet har en offcenteravstand.I modellen er det gjort noen forenklinger ved å fjerne fjær-dempning som skumplasten i stolsete har, siden dette bidraget viste seg å ha en svært begrenset innvirkning på resultatet. Videre er hjulene modellert for å gi den off-centeravstanden som er mellom innfestningen til stolkryss og hjulets rotasjonspunkt.

Sammenligner vi våre analyser med de utført av Validus Engineering er det store avvik. Årsaken til det skyldes at de har brukt en for lav kraft i forhold til de faktiske forhold og at grensebetingelsene er satt på feil premisser. Gjennom målinger og observasjoner kan vi konkludere med at våre analyser er mer korrekte enn Validus Engineering sine.

The aim of this study was to examine and identify any errors in the existing calculations performed by Validus Engineering and physical tests conducted by SINTEF. Furthermore, we should perform physical tests in accordance with standard procedure, given by HÅG, and retrieve data via load cells. This was further used in fine-tuning of the dynamic analysis to obtain the most accurate virtual model for further optimization of office chairs.

The physical tests were conducted at the IPM Utmattings laboratoriet Perleporten according tothe ANSI / BIFMA X5.1-2002 standard. All the coupling components we needed to conduct the tests are manufactured by us in consultation with Workshop staff. To obtain measurements as authentic as possible, the tests were performed on the office chair with three load cells to capture the characteristics of the system.

The results of physical tests showed a maximum power in the lower load cell of 16.5 kN, and it is this load we have used in the static analysis. Furthermore, we did a force-shift test of the gas cylinder; the result gave us a spring constant of the system that has been used in the dynamic analysis. The damping in the system has been iterated using the force-time response curves.

Based on the static analysis, we obtained relatively high stresses, in the order of 350 MPa, which in practice will give plastic deformation. This was verified through physical measurements of the chair after testing. We estimate that, under worst case scenario, each chair leg get about 1° permanent deformation.

The virtual dynamic model has been set up based on the practical properties of the system and can be transferred to other types of chairs, for example where the chair seat has an off center distance. The model is simplified by removing the foam cushioning spring-damper in the chair seat, since this contribution will have a very limited impact on the result. Furthermore, the wheels modeled to provide the off-center distance that is in between the fastening location on the seat cross and the wheel rotation point.

If we compare our analysis with those performed by Validus Engineering there are large discrepancies. The reason for this is because they have used too low a force compared to the actual scenario and that the boundary conditions are set on the wrong premises. Through measurements and observations we can conclude that our analysis is more accurate thanValidus Engineering's.