Finite element modeling of chair frames

Öz

In this study, chair frames with various stretcher positions were investigated using finite elements analysis. Beech (Fagus orientalis L.) wood has been used as study material. Chair frames are produced using bolts and cross dowels. First, some physical and mechanical properties of the wood materials used in the study have been evaluated. Using mechanical properties found in laboratory conditions, allowable stress values have been calculated. End forces and moments have been found for both the critical sitting position and when the stretcher position is changed. Minimum cross section of the chair elements has been calculated using these values. Structural analysis of the chair frames was conducted using COSMOSWorks software which is a 3D finite element program. Results which are obtained by finite element program and experiments were compared. The generated finite element models have revealed values close to the actual behavior of the chair frames. The highest stresses and deformations resulted in the models which has no stretcher. Use of stretchers will reduce stresses and deformations of the chair frames under load, thus they may reduce material consumption in manufacturing. Keywords: Finite element method, Chair frame, Beech wood

Anahtar Kelimeler

• -

Sandalye çerçevelerinin sonlu elemanlar analizi

Öz

Bu çalışmada, farklı ara kayıt konumlarına göre üretilmiş sandalye çerçevelerinin sonlu elamanlar analizi yapılmıştır. Ağaç malzeme olarak Doğu kayını (Fagus orientalis L.) odunu kullanılmıştır. Sandalyelerde elemanlar metal çektirmeler ve silindir somun kullanılarak birleştirilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında sandalye üretiminde kullanılacak ahşap malzemenin bazı fiziksel ve mekanik özellikleri belirlenmiştir. Laboratuar şartlarında belirlenen mekanik özellikler kullanılarak Doğu kayını için emniyet gerilmeleri hesaplanmıştır. Kritik oturma pozisyonunda ve ara kayıt elemanının yeri değiştirildiğinde sandalye elemanlarına etki eden uç kuvvetler ve momentler bulunmuştur. Bu değerler kullanılarak sandalye elemanlarının minimum enine kesitleri elde edilmiştir. Sandalye çerçevelerinin yapısal analizi bir sonlu elemanlar yazılımı olan COSMOSWorks programında yapılmış ve deneylerden elde edilen veriler programdan elde edilen verilerle karşılaştırılmıştır. Oluşturulan sonlu elemanlar modellerinin gerçek davranışa yakın değerler verdiği ortaya koyulmuştur. Çalışma sonuçlarına göre, gerilme ve deformasyonların en fazla ara kayıtsız modellerde meydana geldiği ortaya çıkmıştır. Çalışmada ara kayıt kullanımının çerçevelerde oluşan gerilmeleri, deformasyonları ve malzeme kullanımını azalttığı sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Sonlu elemanlar metodu, Sandalye çerçevesi, Kayın

Anahtar Kelimeler

• Sonlu elemanlar metodu, Sandalye çerçevesi, Kayın

Kaynakça

1. Bektaş, İ., Güler, C., Baştürk, M.A., 2002. Principal mechanical properties of Eastern Beech Wood (Fagus orientalis Lipsky) naturally grown in Andırın Northeastern Mediterranean Region of Turkey. Turk Journal Agriculture Forest: 147-154.
2. Eckelman, C.A., 1997. Textbook of product engineering and strength design of furniture. Purdue University, W. Lafayette, IN.
3. Gustafsson, S. I., 1995. Furniture design by use of the finite element method. Holz als Roh-und Werkstoff , 53 (4) , 257- 260,
4. Gustafsson, S. I., 1996. Finite element modelling versus reality for Birch chairs. Holz als Roh-und Werkstoff, 54 (5) , 355-359.
5. Gustafsson, S.I. 1997. Optimizing of Ash wood chairs. Wood Science and Technology, 31: 291-301.
6. Güler, C., Bektaş, İ., 2000. Andırın Doğu Kayını (Fagus orientalis l.) odununda elastiklik özellikler ile yoğunluk arasındaki ilişki. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen ve Mühendislik Dergisi, Cilt 3, Sayı 2: 51-57.
7. Güntekin, E., 2004. Kavelalı mobilya köşe birleştirmelerinin sonlu elemanlar analizi. Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 1: 159-169.
8. Jamaludin, M. A., 1995. Prediction of the strength of typical furniture and its immediate members. Ph.D. Dissertation, Mississippi State University.

9. Kasal, A., 2006. Determinetion of the strength of various sofa frames with finite element analysis, Gazi Üniversitesi Journal of Science 19(4), 191-203.
10. Smardzewski, J., 1998. Numerical analysis of furniture constructions. Wood Science and Technology, 32 (4): 273-286.
11. Smardzewski, J., Gawronski, T., 2001. FEM Algorithm for chair optimisation. Wood Science And Technology, V:4, I:2.
12. Smardzewski, J., Gawronski, T., 2003. Gradient optimization of skeleton furniture with different connections. Electronic Journal of Polish Agricultural Universities. 6(1).
13. TS 2472, 1976. Odunda fiziksel ve mekanik deneyler için birim hacim ağırlığı tayini, T.S.E., Ankara.
14. TS 2474, 1976. Odunun statik eğilme dayanımının tayini, T.S.E., Ankara.
15. TS 2478, 1976. Odunun statik eğilmede elastikiyet modülünün tayini, T.S.E., Ankara.
16. TS 2472, 1977. Odunun liflere paralel doğrultuda basınç dayanımı tayini, T.S.E., Ankara.
17. TS 3459, 1980. Odunda liflere paralel doğrultuda makaslama dayanımının tayini, T.S.E., Ankara.
18. TS 9215, 1991. Ahşap mobilya mukavemet ve denge deneyleri, TSE, Ankara.