美國(guó)軟體沙發(fā)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

1、美國(guó)軟體沙發(fā)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)1 簡(jiǎn)介本文所探討的家具性能測(cè)試是一種加速使用的疲勞和強(qiáng)度承受能力的測(cè)試方法，可以用來評(píng)估產(chǎn)品能否達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。在家具產(chǎn)業(yè)中，有一套產(chǎn)品性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是很重要的，它不僅可以確保家具設(shè)計(jì)和制造程序達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量設(shè)計(jì)要求，而且可以幫助顧客了解并區(qū)分家具的質(zhì)量差別，在購(gòu)買家具時(shí)可根據(jù)個(gè)人的經(jīng)濟(jì)狀況和喜好加以權(quán)衡選擇。20世紀(jì)70年代以來，世界上許多國(guó)家或地區(qū)根據(jù)本國(guó)或本地區(qū)的具體情況制定了家具性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，用以進(jìn)行產(chǎn)品檢測(cè)以確保質(zhì)量，但至今為止還沒有一個(gè)全球通用的標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)普渡大學(xué)家具研究中心于1997年應(yīng)聯(lián)邦政府General Service Administratio

2、n (GSA)的要求開始研制沙發(fā)的性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，目的是建立一套家具產(chǎn)業(yè)中通用的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，其測(cè)試方法必須具備下列條件：1）應(yīng)用不受地域限制；2）最大限度地提供力學(xué)設(shè)計(jì)的信息；3）為制造商提供產(chǎn)品市場(chǎng)化的信息，為顧客提供評(píng)估產(chǎn)品的信息；4）能夠?qū)﹂L(zhǎng)期以來積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提供一個(gè)量化方法；5）提供一個(gè)明確的家具強(qiáng)度量化方法。 研究成果FNAE80-214A于1980年被啟用，作為美國(guó)政府機(jī)構(gòu)的家具采購(gòu)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。自標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施20多年以來，它不僅是美國(guó)政府機(jī)械、公共場(chǎng)所設(shè)施組織購(gòu)買家具時(shí)的質(zhì)量驗(yàn)證手段，而且同時(shí)已被家具制造廠家廣泛采用作為新產(chǎn)品研制開發(fā)、質(zhì)量評(píng)估以及力學(xué)輔助設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的重要工具，用途很廣泛。

3、例如，通過測(cè)試并比較舊的設(shè)計(jì)，制造廠家可以系統(tǒng)衡量新的設(shè)計(jì)，包括新的框架設(shè)計(jì)，新的接頭方式，新的連接部件，新的材料等是否能達(dá)到所要求的技術(shù)水平標(biāo)準(zhǔn)。在美國(guó)通過GSA家具性能測(cè)試的信息是公開的，所以通過檢測(cè)的生產(chǎn)廠家具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 密西西比州是美國(guó)最大的軟體沙發(fā)家具生產(chǎn)基地，根據(jù)2003年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，美國(guó)70%的軟體沙發(fā)產(chǎn)自密西西比州。自1987年密西西比州立大學(xué)林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室家具研究中心成立以來，在家具力學(xué)方面做了許多研究，并為家具制造公司和材料生產(chǎn)廠家進(jìn)行了大量的GSA性能測(cè)試。2 GSA沙發(fā)性能測(cè)試 2.1 測(cè)試方法 GSA性能測(cè)試基于循環(huán)遞增加載模式（圖1）。測(cè)試開始時(shí)先給沙發(fā)加一個(gè)起

4、始載荷，這個(gè)載荷以20次/分的頻率循環(huán)加力25000/次。循環(huán)結(jié)束后，載荷增加一定量，然后再循環(huán)25000次。當(dāng)載荷達(dá)到所需求的水平，或沙發(fā)框架或部件破環(huán)時(shí)測(cè)試才結(jié)束。 2.2測(cè)度設(shè)備 GSA沙發(fā)性能測(cè)試是在一套特別設(shè)計(jì)的汽缸-管道支架系統(tǒng)上進(jìn)行的（如照片所示）。氣缸在壓縮空氣機(jī)的推動(dòng)下，以20次/分的循環(huán)頻率對(duì)被測(cè)沙發(fā)加載。加載循環(huán)次數(shù)是由一個(gè)可編程邏輯控制器和可重置電子記數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行記錄的。當(dāng)沙發(fā)框架或部件破壞時(shí)，限制開關(guān)被激活并停止測(cè)試。整套設(shè)備宜于購(gòu)置，投資成本較低，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于重新安裝調(diào)整和維修保養(yǎng)，靈活易調(diào)整的連接系統(tǒng)可以使載荷的方向中隨著家具各部件之間相對(duì)位移的變化而變化

5、。2.3主要的測(cè)試類型 圖2所示是沙發(fā)的基本框架圖，沙發(fā)框架可以分成3個(gè)部分：坐基框架系統(tǒng)、側(cè)邊扶手框架系統(tǒng)和后靠框架系統(tǒng)。根據(jù)沙發(fā)通常的受力狀態(tài)，可以進(jìn)行以下幾種測(cè)試：垂直坐力測(cè)試（seat foundation load test）（圖3），靠背支撐測(cè)試（backrest foundation test）（圖4），靠背框架測(cè)試（backrest frame test）（圖5），扶手水平側(cè)向外拉測(cè)試（side-thrust load test on arms-outward）（圖6），后拉腿測(cè)試（front to back load test for legs）（圖7），水平測(cè)試?yán)葴y(cè)試（h

6、orizontal side thrust load test on legs）（圖8）。上述各種測(cè)試的加載方案，包括初始載荷、每次載荷增量、載荷數(shù)量以及可接受的性能水準(zhǔn)如表1所示。 以垂直坐力測(cè)試為例，具體測(cè)試過程如下：模擬人"坐下"的動(dòng)作，3個(gè)大小完全相同的坐力載荷分別加在沙發(fā)中間和離沙發(fā)兩端1/6處（如前照片所示），每個(gè)坐力載荷頭由前后兩個(gè)汽缸組成。測(cè)試開始時(shí)后汽缸施加載荷為100磅（445N），前汽缸施加載荷50磅（222N）。前后兩個(gè)載荷同時(shí)動(dòng)作，25000次循環(huán)結(jié)束后，對(duì)沙發(fā)進(jìn)行仔細(xì)的檢查，觀察是否有部件損壞，如果無損壞，測(cè)試應(yīng)在增加載荷的情況下繼續(xù)進(jìn)行2500

7、0次循環(huán)。每次后載荷增加25磅（111N），前載荷增加12.5磅（56N）。測(cè)試以此類推進(jìn)行下去，直到坐椅系統(tǒng)中有部件開始損壞，彈簧斷裂或其他部分破環(huán)，或者沙發(fā)已達(dá)到了所期望的設(shè)計(jì)指標(biāo)，測(cè)試才停止進(jìn)行。 3 測(cè)試數(shù)據(jù)的討論 以下就表1中所列示的各個(gè)性能測(cè)試方法可以提供的有助于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)信息作一下討論?？傮w來說，這些來自測(cè)試的信息對(duì)生產(chǎn)商和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者具有很好的參考價(jià)值。 3.1 垂直坐力測(cè)試 這個(gè)測(cè)試對(duì)發(fā)現(xiàn)沙發(fā)坐基制造過程中可能出現(xiàn)的問題十分有效，因?yàn)樵诖怪弊ψ饔孟拢饕淖恢慰蚣懿课怀惺芎艽蟮膽?yīng)力，如果其中任何一個(gè)部件破壞，整個(gè)沙發(fā)也就很快破壞了。 前橫檔和后橫檔破壞的主要原因是其

8、尺寸大小，不過實(shí)木橫檔上有太多交叉紋理和太大太多的節(jié)疤刀會(huì)引起橫檔破壞。橫檔底部的節(jié)疤破壞性最大，因?yàn)檫@里所受的拉應(yīng)力最大，如果支撐框架部件主要是由木榫釘為主要連接件，橫檔破壞常常起于橫檔上用于連接座位撐檔的榫釘孔處，然后擴(kuò)大到整個(gè)橫檔截面上。另外在測(cè)試中，前橫檔和前支柱的接頭也經(jīng)常是破壞發(fā)生的地方，既有在垂直面的破壞，也有前后方向的破壞。這些破壞的接頭大多是由于沒有加用涂膠支撐木塊來加強(qiáng)連接，而這個(gè)加強(qiáng)方式可以抵消正弦型彈簧施加在接頭處由前向后的作用力破壞；或者是由于支撐木塊安裝的位置不正確。垂直方向的連接破壞通常是由于榫太靠近橫檔的上沿的緣故。 可以說垂下坐力測(cè)試的最大價(jià)值是評(píng)估彈簧系統(tǒng)的

9、耐久性。不同生產(chǎn)商制造的彈簧性能差別很大，有的甚至不能達(dá)一GSA 最低的標(biāo)準(zhǔn)。而且這個(gè)測(cè)試可以很快的判斷出彈簧兩端連接件的強(qiáng)度以及其安裝位置是否合理。 座位撐檔的破壞往往由于尺寸太小，座位撐檔之間的距離過大，或是撐檔材料有嚴(yán)重的材質(zhì)缺陷。一個(gè)常見的引起座位撐檔破壞的原因是撐檔和前橫檔之間的連接加強(qiáng)方式不夠，常常是由于加強(qiáng)太小或缺膠。這個(gè)部位的連接強(qiáng)度不足會(huì)導(dǎo)致座位撐檔端部從接頭處崩裂出來，或是榫頭斷裂。撐檔金屬鑄造件常破壞于與前橫檔連接處，如果此處沒有加固的話。有時(shí)垂直坐力測(cè)試也會(huì)造成支撐腿斷裂，這僅僅發(fā)生于空心塑料腿。比較常見的是由于和相應(yīng)橫檔的連接不牢固，而造成連接支撐腿木塊或者是連接腿的

10、角支擋的斷裂。 總體來說，垂直坐力測(cè)試可以有效地發(fā)現(xiàn)沙發(fā)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的問題，也可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品安裝操作上的質(zhì)量問題。 3.2靠背支撐測(cè)試 靠背支撐測(cè)試不僅可以有效地評(píng)估靠背支撐系統(tǒng)和整個(gè)沙發(fā)框架的耐久性，而且還可以測(cè)試后靠彈簧系統(tǒng)，包括彈簧本身的耐久強(qiáng)度和安裝連接方式。多次測(cè)試證明彈簧的安裝方式，也就是彈簧兩端固定夾的類型及固定夾的安裝位置對(duì)彈簧系統(tǒng)的壽命影響很大。表1 GSA沙發(fā)性能測(cè)試加載方案和測(cè)試級(jí)別測(cè)試類型初始載荷/載荷增量/載荷頭可接受的載荷水平/汽缸汽缸汽缸輕量級(jí)中量級(jí)重量級(jí)數(shù)量磅lb（N）磅lb（N）磅lb（N）磅lb（N）磅lb（N）垂直坐力測(cè)試100/50(445/222)25/1

11、2.5(111/56)3200/100(890/445)250/125(1112/556)275/137.5(1223/612)靠背支撐測(cè)試50(222)12.5(56)3112.5(500)125(556)150(667)靠背框架測(cè)試75(334)25(111)375(334)100(445)150(667)水平側(cè)拉扶手測(cè)試50(222)25(111)175(334)150(667)200(890)后拉腿測(cè)試150(667)50(222)1或2150（667）200（890）300（1334）水平側(cè)拉腿測(cè)試200(890)50（222）1200（890）250（1112）350（1557）3

12、.3靠背框架試 后靠框系統(tǒng)在這個(gè)測(cè)試中破壞通常有以下幾種形式：頂橫檔斷裂；側(cè)邊扶手框架或整個(gè)框架崩潰；后支柱從后面與扶手和側(cè)邊板條松開；后支柱開裂；頂橫檔和后支柱的接頭破壞；后支柱的頂部斷裂。在這個(gè)測(cè)試中多種不同形式的破壞說明靠背框架測(cè)試可以有效地比較不同沙發(fā)個(gè)體的力學(xué)性能，尤其重要的是這個(gè)測(cè)試不僅可以有效地比較不同沙發(fā)個(gè)體的力學(xué)性能，尤其重要的是這個(gè)測(cè)試不僅可以發(fā)現(xiàn)由于部件尺寸不夠或部件缺陷引起的問題，而且可以發(fā)現(xiàn)沙發(fā)結(jié)構(gòu)上和安裝操作（如施膠技術(shù)）中的問題。 3.4扶手水平側(cè)向外拉測(cè)試 對(duì)于前柱是和前橫檔直接連接類型的沙發(fā)，測(cè)試中的破壞常常先在此連接處發(fā)生。采用較寬前橫檔便于增加木榫釘?shù)拈g距

13、，而產(chǎn)生相對(duì)牢固的連接類型。前支柱和前橫檔之間最牢固的連接方式是在接頭后面用一塊同樣寬度的膠合板來強(qiáng)化接頭。 對(duì)于前支柱與側(cè)橫檔相連接類型的結(jié)構(gòu)，測(cè)試破壞通常發(fā)和生在這兩者的連接處，有進(jìn)前支柱也會(huì)沿著它的長(zhǎng)度方向劈裂；而第二個(gè)引起框架最終結(jié)構(gòu)破壞的原因是側(cè)橫檔和前橫檔接頭的破壞?？傊?，這種連接類型在抵抗水平側(cè)向外拉力的能力上要比上一種連接弱。 總的來說，扶手水平側(cè)拉測(cè)試不但能有效地判斷不同的扶手結(jié)構(gòu)抵抗側(cè)拉力的差異；還能有效地發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)的不符合組裝操作規(guī)程的錯(cuò)誤操作，例如前橫檔和前支柱連接處施膠不足等問題。 3.5后拉腿測(cè)試 通過后拉腿測(cè)試可以看出不同的沙發(fā)腿和框架的連接方

14、式在受力后存在明顯的差異。對(duì)于沙發(fā)腿是作為框架整體結(jié)構(gòu)的附件，通過各種不同的連接件例如金屬螺釘，木螺釘-金屬固定板方式，或膠與木螺釘，加固到沙發(fā)坐基框架。施膠不足、施膠不當(dāng)、固定木螺釘錯(cuò)位及數(shù)量不夠、木螺釘太短，及不符合規(guī)范裝配操作的連接都是造成沙發(fā)腿提前破壞的原因。對(duì)于支撐腿是作為沙發(fā)框架整體結(jié)構(gòu)的一個(gè)部件，而不是作為附件被連接到沙發(fā)坐基框架的，后拉腿測(cè)試不但可以測(cè)試側(cè)邊扶手框架的強(qiáng)度，也可以測(cè)試沙腿本身的抗彎強(qiáng)度和抗劈裂強(qiáng)度。每當(dāng)被測(cè)試的沙發(fā)腿破壞，沙發(fā)腿發(fā)生劈裂破壞是最常見的破壞方式。 3.6水平側(cè)拉腿測(cè)試 前面所述的后拉腿測(cè)試的情況也同樣適于水平側(cè)拉腿測(cè)試?？傊?，水平側(cè)拉腿測(cè)試可以有效地判斷出強(qiáng)度上的差別，因而是發(fā)現(xiàn)沙發(fā)結(jié)構(gòu)上不足之處的有效方法。 4 總結(jié) GSA軟體沙發(fā)性能測(cè)試方法不僅能有效地評(píng)估和分析沙發(fā)最得要的疲勞力學(xué)性能，而且可以發(fā)現(xiàn)和解決在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和銷售運(yùn)輸過程中可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)和隱藏的缺陷。應(yīng)該指出的是GSA性能測(cè)試方法不僅對(duì)沙發(fā)類型的家具有效，對(duì)其他類型的坐臥家具也同樣適用，而且還可以運(yùn)用到測(cè)試各種類型承重工具，例如飛機(jī)，火車和汽車上的座椅。 多年來性能檢測(cè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，家具制造廠家還是非常愿意使用循環(huán)地增加載荷的性能測(cè)試模式的。用此方法進(jìn)行家具耐久性力學(xué)性能測(cè)試，可定量分析家