Furniture design by use of the finite element method

Abstract

The design of structural members of furniture is almost never the subject for mathematical considerations. Instead, the designer rests on empirical experience and constructs for example chairs with dimensions of structural members based on tradition and aesthetic reasons. By the much more common use of computers it is nowadays possible to use modern finite element programs in various stages of the design process. In this paper we show how already simple calculations lead to a totally different design of a chair. We also emphasise the need for more research on wood in “furniture size” and not only as part of building structures. There is no need for “triple-security” values when a chair is to be designed but instead it is possible to balance on the edge of the mechanical strength in the wooden members. Further, it is possible to use only wood details where no knots, or other errors are present. This will lead to substantially thinner members in the wooden chair.

Zusammenfassung

Das Design von Möbelelementen ist nur selten Gegenstand mathematischer Überlegungen. Stattdessen stützen sich die Designer auf Ehrfahrungswerte und die Konstruktion von Einzelstücken aufgrund traditioneller oder ästhetischer Betrachtungen. Mit Hilfe von Computern ist es jedoch leicht möglich moderne FEM-Programme für die verschiedenen Entwicklungsschritte eines Designs zu nutzen. Wird betonen hier auch die Notwendigkeit weiterer Grundlagenforschung für Abmessungen im Möbelbereich nicht nur bei Baukonstruktionen. Für die Stuhlkonstruktion ist auch keine Dreifach-Sicherheit nötig, sondern man kann die mechanische Festigkeit der Konstruktionselemente voll ausnutzen. Zudem ist es möglich, durch Vorsortieren typische Holzfehler ganz unberücksicht zu lassen. Das wiederum ermöglicht schlankere Einzelteile für das Stuhldesign.