1 简介

本文所探讨的家具性能测试是一种加速使用的疲劳和强度承受能力的测试方法，可以用来评估产品能否达到预期的设计要求。在家具产业中，有一套产品性能测试标准是很重要的，它不仅可以确保家具设计和制造程序达到预期的质量设计要求，而且可以帮助顾客了解并区分家具的质量差别，在购买家具时可根据个人的经济状况和喜好加以权衡选择。20世纪70年代以来，世界上许多国家或地区根据本国或本地区的具体情况制定了家具性能测试标准，用以进行产品检测以确保质量，但至今为止还没有一个全球通用的标准。美国普渡大学家具研究中心于1997年应联邦政府[GeneralService Administration(GSA)]的要求开始研制沙发的性能检测标准，目的是建立一套家具产业中通用的测试标准，其测试方法必须具备下列条件：1）应用不受地域限制；2）最大限度地提供力学设计的信息；3）为制造商提供产品市场化的信息，为顾客提供评估产品的信息；4）能够对长期以来积累的实践经验提供一个量化方法；5）提供一个明确的家具强度量化方法。

研究成果FNAE80-214A于1980年被启用，作为美国政府机构的家具采购测试标准。自标准实施20多年以来，它不仅是美国政府机械、公共场所设施组织购买家具时的质量验证手段，而且同时已被家具制造厂家广泛采用作为新产品研制开发、质量评估以及力学辅助设计和验证的重要工具，用途很广泛。例如，通过测试并比较旧的设计，制造厂家可以系统衡量新的设计，包括新的框架设计，新的接头方式，新的连接部件，新的材料等是否能达到所要求的技术水平标准。在美国通过GSA家具性能测试的信息是公开的，所以通过检测的生产厂家具有市场竞争优势。

密西西比州是美国最大的软体沙发家具生产基地，根据2003年的统计数据，美国70%的软体沙发产自密西西比州。自1987年密西西比州立大学林产品实验室家具研究中心成立以来，在家具力学方面做了许多研究，并为家具制造公司和材料生产厂家进行了大量的GSA性能测试。

2 GSA沙发性能测试

2.1 测试方法

GSA性能测试基于循环递增加载模式（图1）。测试开始时先给沙发加一个起始载荷，这个载荷以20次/分的频率循环加力25000次。循环结束后，载荷增加一定量，然后再循环25000次。当载荷达到所需求的水平，或沙发框架或部件破环时测试才结束。

2.2测度设备

GSA沙发性能测试是在一套特别设计的汽缸-管道支架系统上进行的（如照片所示）。气缸在压缩空气机的推动下，以20次/分的循环频率对被测沙发加载。加载循环次数是由一个可编程逻辑控制器和可重置电子记数系统进行记录的。当沙发框架或部件破坏时，限制开关被激活并停止测试。整套设备宜于购置，投资成本较低，而且设备结构简单，易于重新安装调整和维修保养，灵活易调整的连接系统可以使载荷的方向中随着家具各部件之间相对位移的变化而变化。

2.3主要的测试类型

图2所示是沙发的基本框架图，沙发框架可以分成3个部分：坐基框架系统、侧边扶手框架系统和后靠框架系统。根据沙发通常的受力状态，可以进行以下几种测试：垂直坐力测试（seat foundation load test）（图3），靠背支撑测试（backrest foundationtest）（图4），靠背框架测试（backrest frame test）（图5），扶手水平侧向外拉测试（side-thrust loadtest on arms-outward）（图6），后拉腿测试（front to back load test forlegs）（图7），水平测试拉腿测试（horizontal side thrust load test onlegs）（图8）。上述各种测试的加载方案，包括初始载荷、每次载荷增量、载荷数量以及可接受的性能水准如表1所示。

以垂直坐力测试为例，具体测试过程如下：模拟人"坐下"的动作，3个大小完全相同的坐力载荷分别加在沙发中间和离沙发两端1/6处（如前照片所示），每个坐力载荷头由前后两个汽缸组成。测试开始时后汽缸施加载荷为100磅（445N），前汽缸施加载荷磅（222N）。前后两个载荷同时动作，25000次循环结束后，对沙发进行仔细的检查，观察是否有部件损坏，如果无损坏，测试应在增加载荷的情况下继续进行25000次循环。每次后载荷增加25磅（111N），前载荷增加12.5磅（56N）。测试以此类推进行下去，直到坐椅系统中有部件开始损坏，弹簧断裂或其他部分破环，或者沙发已达到了所期望的设计指标，测试才停止进行。

3 测试数据的讨论

以下就表1中所列示的各个性能测试方法可以提供的有助于产品设计的数据信息作一下讨论。总体来说，这些来自测试的信息对生产商和产品的设计者具有很好的参考价值。

3.1 垂直坐力测试

这个测试对发现沙发坐基制造过程中可能出现的问题十分有效，因为在垂直坐力作用下，主要的座位支撑框架部位承受很大的应力何，如果其中任一个部件破坏，整个沙发也就很快破坏了。

前横档和后横档破坏的主要原因是其尺寸大小，不过实木横档上有太多交叉纹理和太大太多的节疤刀会引起横档破坏。疤破坏性最横档底部的节大，因为这里所受的拉应力最大，如果支撑框架部件主要是由木榫钉为主要连接件，横档破坏常常起于横档上用于连接座位撑档的榫钉孔处，然后扩大到整个横档截面上。另外在测试中，前横档和前支柱的接头也经常是破坏发生的地方，既有在垂直面的破坏，也有前后方向的破坏。这些破坏的接头大多是由于没有加用涂胶支撑木块来加强连接，而这个加强方式可以抵消正弦型弹簧施加在接头处由前向后的作用力破坏；或者是由于支撑木块安装的位置不正确。垂直方向的连接破坏通常是由于榫太靠近横档的上沿的缘故。

可以说垂下坐力测试的最大价值是评估弹簧系统的耐久性。不同生产商制造的弹簧性能差别很大，有的甚至不能达一GSA 最低的标准。而且这个测试可以很快的判断出弹簧两端连接件的强度以及其安装位置是否合理。

座位撑档的破坏往往由于尺寸太小，座位撑档之间的距离过大，或是撑档材料有严重的材质缺陷。一个常见的引起座位撑档破坏的原因是撑档和前横档之间的连接加强方式不够，常常是由于加强太小或缺胶。这个部位的连接强度不足会导致座位撑档端部从接头处崩裂出来，或是榫头断裂。撑档金属铸造件常破坏于与前横档连接处，如果此处没有加固的话。有时垂直坐力测试也会造成支撑腿断裂，这仅仅发生于空心塑料腿。比较常见的是由于和相应横档的连接不牢固，而造成连接支撑腿木块或者是连接腿的角支挡的断裂。

总体来说，垂直坐力测试可以有效地发现沙发结构设计上的问题，也可以发现产品安装操作上的质量问题。

3.2靠背支撑测试

靠背支撑测试不仅可以有效地评估靠背支撑系统和整个沙发框架的耐久性，而且还可以测试后靠弹簧系统，包括弹簧本身的耐久强度和安装连接方式。多次测试证明弹簧的安装方式，也就是弹簧两端固定夹的类型及固定夹的安装位置对弹簧系统的寿命影响很大。

表1 GSA沙发性能测试加载方案和测试级别

3.3靠背框架试

后靠框系统在这个测试中破坏通常有以下几种形式：顶横档断裂；侧边扶手框架或整个框架崩溃；后支柱从后面与扶手和侧边板条松开；后支柱开裂；顶横档和后支柱的接头破坏；后支柱的顶部断裂。在这个测试中多种不同形式的破坏说明靠背框架测试可以有效地比较不同沙发个体的力学性能，尤其重要的是这个测试不仅可以有效地比较不同沙发个体的力学性能，尤其重要的是这个测试不仅可以发现由于部件尺寸不够或部件缺陷引起的问题，而且可以发现沙发结构上和安装操作（如施胶技术）中的问题。

3.4扶手水平侧向外拉测试

对于前柱是和前横档直接连接类型的沙发，测试中的破坏常常先在此连接处发生。采用较宽前横档便于增加木榫钉的间距，而产生相对牢固的连接类型。前支柱和前横档之间最牢固的连接方式是在接头后面用一块同样宽度的胶合板来强化接头。

对于前支柱与侧横档相连接类型的结构，测试破坏通常发和生在这两者的连接处，有进前支柱也会沿着它的长度方向劈裂；而第二个引起框架最终结构破坏的原因是侧横档和前横档接头的破坏。总之，这种连接类型在抵抗水平侧向外拉力的能力上要比上一种连接弱。

总的来说，扶手水平侧拉测试不但能有效地判断不同的扶手结构抵抗侧拉力的差异；还能有效地发现在产品生产过程中可能会出现的不符合组装操作规程的错误操作，例如前横档和前支柱连接处施胶不足等问题。

3.5后拉腿测试

通过后拉腿测试可以看出不同的沙发腿和框架的连接方式在受力后存在明显的差异。对于沙发腿是作为框架整体结构的附件，通过各种不同的连接件例如金属螺钉，木螺钉-金属固定板方式，或胶与木螺钉，加固到沙发坐基框架。施胶不足、施胶不当、固定木螺钉错位及数量不够、木螺钉太短，及不符合规范装配操作的连接都是造成沙发腿提前破坏的原因。对于支撑腿是作为沙发框架整体结构的一个部件，而不是作为附件被连接到沙发坐基框架的，后拉腿测试不但可以测试侧边扶手框架的强度，也可以测试沙腿本身的抗弯强度和抗劈裂强度。每当被测试的沙发腿破坏，沙发腿发生劈裂破坏是最常见的破坏方式。

3.6水平侧拉腿测试

前面所述的后拉腿测试的情况也同样适于水平侧拉腿测试。总之，水平侧拉腿测试可以有效地判断出强度上的差别，因而是发现沙发结构上不足之处的有效方法。

4 总结

GSA软体沙发性能测试方法不仅能有效地评估和分析沙发最得要的疲劳力学性能，而且可以发现和解决在设计、生产制造和销售运输过程中可能出现的结构上的缺点和隐藏的缺陷。应该指出的是GSA性能测试方法不仅对沙发类型的家具有效，对其他类型的坐卧家具也同样适用，而且还可以运用到测试各种类型承重工具，例如飞机，火车和汽车上的座椅。

多年来性能检测的实践经验证明，家具制造厂家还是非常愿意使用循环地增加载荷的性能测试模式的。用此方法进行家具耐久性力学性能测试，可定量分析家具在破坏前整个使用过程中的力学特性，及早发现一些原本不知道的问题和缺陷，及时改进产品，消除潜在的质量问题，提高产品的耐久性和可靠性。通常这些改进并不增加成本，因为不需要增加使用材料，而只要正确使用原来的材料并改进连接方式。使用这种方法的另外一个连接方式。使用这种连接方式的另外一个显著作用是可以提供技术数据，对家具进行质量分类，有利于家具的合理标价，帮助顾客挑选产品。

总之，GSA软体沙发性能测试方法是理想的检测沙发的方法，同时也是沙发耐久必性力学设计理想的数据来源。