[发明专利]一种棕床垫轻量化结构的设计及检测方法

说明书

本发明公开了一种棕床垫轻量化结构的设计及检测方法。本发明该方法是对棕床垫进行分层得床垫层，建立棕床垫模型，对棕床垫模型施加人体载荷后做受力变形分析，测定棕床垫模型中对应的各床垫层的挠度值，根据各床垫层的挠度值变化对各床垫层密度进行设定，得棕床垫轻量化结构，按棕床垫轻量化结构制作出轻量化棕床垫，将压力分布传感器放入轻量化棕床垫的床垫层之间，在轻量化棕床垫上放置载荷源，检测各床垫层间的压力分布。通过本发明可降低棕床垫的总体密度，节省床垫材料用量，降低生产成本，并且能够保证产品的品质，本发明还可以检测设计出的棕床垫轻量化结构是否合理。

技术领域

本发明涉及棕床垫领域，特别是一种棕床垫轻量化结构的设计及检测方法。

背景技术

棕床垫的材质包括山棕、椰壳等，均属于植物纤维弹性材料。CN90100464.2公开了一种植物纤维弹性材料的生产方法可用于生产棕床垫，棕丝(棕纤维)经卷曲后用气流吹成呈三维分布状后喷胶，使棕丝之间节点粘合得到棕丝弹性片材，然后将棕丝弹性片材码叠，得到呈层状的棕丝弹性材料，棕丝弹性材料再通过加乳胶粘接、压制成片、热压定型、硫化等工艺即可制作出棕床垫。

从目前国内外对植物纤维弹性材料制作的床垫的研究情况看，床垫的研究者绝大多数都是从床垫的舒适性着手，试图建立人体与床垫设计的关联关系。这些研究基本上都是基于功能的需求出发，很少有针对床垫结构与成本的关系进行研究，由于没有科学的理论指导，产品在开发的时候都是基于经验值进行判断，床垫结构很多时候并不是最优化设计。

为满足床垫的耐久使用指标，目前棕床垫在制作时，一般都是尽可能的叠加棕丝片材材料，放大安全使用系数。而这实际上会造成棕床垫使用的材料过剩，增加棕床垫的生产成本。因此，有必要提出一种优化棕床垫结构的设计方法。现目前，对本优化棕床垫结构的设计方法所设计出的结构，并无对应的检测方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种棕床垫轻量化结构的设计及检测方法。采用本发明方法可以指导棕材料床垫的轻量化结构设计，将棕床垫设计为分层结构，并对床垫密度进行设计，使床垫实现轻量化。通过本发明设计，可降低棕床垫的总体密度，节省床垫材料用量，降低生产成本，并且能够保证产品的品质。通过本发明方法可以检测棕床垫轻量化结构的应力分布，根据应力分布可判断棕床垫轻量化结构的设计是否成功。

本发明的技术方案：一种棕床垫轻量化结构的设计及检测方法，该方法是对棕床垫进行分层得床垫层，建立棕床垫模型，对棕床垫模型施加人体载荷后做受力变形分析，测定棕床垫模型中对应的各床垫层的挠度值，根据各床垫层的挠度值变化对各床垫层密度进行设定，得棕床垫轻量化结构，按棕床垫轻量化结构制作出轻量化棕床垫，将压力分布传感器放入轻量化棕床垫的床垫层之间，在轻量化棕床垫上放置载荷源，检测各床垫层间的压力分布。

前述的棕床垫轻量化结构的设计及检测方法中，所述压力分布传感器为美国传感器产品公司生产的型号为TACTILUS的压力分布传感器，该压力分布传感器通过对应软件配合使用，可通过二维和三围的图形方式实时显示压力变化。

前述的棕床垫轻量化结构的设计及检测方法中，所述载荷源优选为对棕床垫模型施加人体载荷的大小和重量。

前述的棕床垫轻量化结构的设计及检测方法中，所述建立棕床垫模型，对棕床垫模型施加人体载荷后做受力变形分析的方法是优选用ANSYS软件建立材料模型、床垫模型和施加人体荷载。具体是先建立床垫的材料模型，再采用有限元求解的方法，设置床垫尺寸，用材料模型建立床垫模型，在床垫模型上施加人体荷载，对施加人体荷载后的床垫模型做受力变形测试，即可得到相应的挠度值；所述床垫尺寸为长2000mm、宽1000mm和厚120mm；所述人体荷载的质量为80kg,面积为1700mm×400mm；其中，限元法是求解某一特定问题的数值解的一种方法，有限元方法先将结构的结构件切割成若干个单元，描述每一个单元的行为，然后将单元重新用节点连接，这个过程产生一组联立代数方程组。