1 簡介
本文所探討的家具性能測試是壹種加速使用的疲勞和強度承受能力的測試方法，可以用來評估產品能否達到預期的設計要求。在家具產業中，有壹套產品性能測試標準是很重要的，它不僅可以確保家具設計和制造程序達到預期的質量設計要求，而且可以幫助顧客了解並區分家具的質量差別，在購買家具時可根據個人的經濟狀況和喜好加以權衡選擇。20世紀70年代以來，世界上許多國家或地區根據本國或本地區的具體情況制定了家具性能測試標準，用以進行產品檢測以確保質量，但至今為止還沒有壹個全球通用的標準。美國普渡大學家具研究中心於1997年應聯邦政府[GeneralService Administration(GSA)]的要求開始研制沙發的性能檢測標準，目的是建立壹套家具產業中通用的測試標準，其測試方法必須具備下列條件：1）應用不受地域限制；2）最大限度地提供力學設計的信息；3）為制造商提供產品市場化的信息，為顧客提供評估產品的信息；4）能夠對長期以來積累的實踐經驗提供壹個量化方法；5）提供壹個明確的家具強度量化方法。
研究成果FNAE80-214A於1980年被啟用，作為美國政府機構的家具采購測試標準。自標準實施20多年以來，它不僅是美國政府機械、公***場所設施組織購買家具時的質量驗證手段，而且同時已被家具制造廠家廣泛采用作為新產品研制開發、質量評估以及力學輔助設計和驗證的重要工具，用途很廣泛。例如，通過測試並比較舊的設計，制造廠家可以系統衡量新的設計，包括新的框架設計，新的接頭方式，新的連接部件，新的材料等是否能達到所要求的技術水平標準。在美國通過GSA家具性能測試的信息是公開的，所以通過檢測的生產廠家具有市場競爭優勢。
密西西比州是美國最大的軟體沙發家具生產基地，根據2003年的統計數據，美國70%的軟體沙發產自密西西比州。自1987年密西西比州立大學林產品實驗室家具研究中心成立以來，在家具力學方面做了許多研究，並為家具制造公司和材料生產廠家進行了大量的GSA性能測試。
2 GSA沙發性能測試
2.1 測試方法
GSA性能測試基於循環遞增加載模式（圖1）。測試開始時先給沙發加壹個起始載荷，這個載荷以20次/分的頻率循環加力25000次。循環結束後，載荷增加壹定量，然後再循環25000次。當載荷達到所需求的水平，或沙發框架或部件破環時測試才結束。
2.2測度設備
GSA沙發性能測試是在壹套特別設計的汽缸-管道支架系統上進行的（如照片所示）。氣缸在壓縮空氣機的推動下，以20次/分的循環頻率對被測沙發加載。加載循環次數是由壹個可編程邏輯控制器和可重置電子記數系統進行記錄的。當沙發框架或部件破壞時，限制開關被激活並停止測試。整套設備宜於購置，投資成本較低，而且設備結構簡單，易於重新安裝調整和維修保養，靈活易調整的連接系統可以使載荷的方向中隨著家具各部件之間相對位移的變化而變化。
2.3主要的測試類型
圖2所示是沙發的基本框架圖，沙發框架可以分成3個部分：坐基框架系統、側邊扶手框架系統和後靠框架系統。根據沙發通常的受力狀態，可以進行以下幾種測試：垂直坐力測試（seat foundation load test）（圖3），靠背支撐測試（backrest foundationtest）（圖4），靠背框架測試（backrest frame test）（圖5），扶手水平側向外拉測試（side-thrust loadtest on arms-outward）（圖6），後拉腿測試（front to back load test forlegs）（圖7），水平測試拉腿測試（horizontal side thrust load test onlegs）（圖8）。上述各種測試的加載方案，包括初始載荷、每次載荷增量、載荷數量以及可接受的性能水準如表1所示。
以垂直坐力測試為例，具體測試過程如下：模擬人坐下的動作，3個大小完全相同的坐力載荷分別加在沙發中間和離沙發兩端1/6處（如前照片所示），每個坐力載荷頭由前後兩個汽缸組成。測試開始時後汽缸施加載荷為100磅（445N），前汽缸施加載荷磅（222N）。前後兩個載荷同時動作，25000次循環結束後，對沙發進行仔細的檢查，觀察是否有部件損壞，如果無損壞，測試應在增加載荷的情況下繼續進行25000次循環。每次後載荷增加25磅（111N），前載荷增加12.5磅（56N）。測試以此類推進行下去，直到坐椅系統中有部件開始損壞，彈簧斷裂或其他部分破環，或者沙發已達到了所期望的設計指標，測試才停止進行。
3 測試數據的討論
以下就表1中所列示的各個性能測試方法可以提供的有助於產品設計的數據信息作壹下討論。總體來說，這些來自測試的信息對生產商和產品的設計者具有很好的參考價值。
3.1 垂直坐力測試
這個測試對發現沙發坐基制造過程中可能出現的問題十分有效，因為在垂直坐力作用下，主要的座位支撐框架部位承受很大的應力何，如果其中任壹個部件破壞，整個沙發也就很快破壞了。
前橫檔和後橫檔破壞的主要原因是其尺寸大小，不過實木橫檔上有太多交叉紋理和太大太多的節疤刀會引起橫檔破壞。疤破壞性最橫檔底部的節大，因為這裏所受的拉應力最大，如果支撐框架部件主要是由木榫釘為主要連接件，橫檔破壞常常起於橫檔上用於連接座位撐檔的榫釘孔處，然後擴大到整個橫檔截面上。另外在測試中，前橫檔和前支柱的接頭也經常是破壞發生的地方，既有在垂直面的破壞，也有前後方向的破壞。這些破壞的接頭大多是由於沒有加用塗膠支撐木塊來加強連接，而這個加強方式可以抵消正弦型彈簧施加在接頭處由前向後的作用力破壞；或者是由於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於榫太靠近橫檔的上沿的緣故。
可以說垂下坐力測試的最大價值是評估彈簧系統的耐久性。不同生產商制造的彈簧性能差別很大，有的甚至不能達壹GSA 最低的標準。而且這個測試可以很快的判斷出彈簧兩端連接件的強度以及其安裝位置是否合理。
座位撐檔的破壞往往由於尺寸太小，座位撐檔之間的距離過大，或是撐檔材料有嚴重的材質缺陷。壹個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方式不夠，常常是由於加強太小或缺膠。這個部位的連接強度不足會導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於與前橫檔連接處，如果此處沒有加固的話。有時垂直坐力測試也會造成支撐腿斷裂，這僅僅發生於空心塑料腿。比較常見的是由於和相應橫檔的連接不牢固，而造成連接支撐腿木塊或者是連接腿的角支擋的斷裂。
總體來說，垂直坐力測試可以有效地發現沙發結構設計上的問題，也可以發現產品安裝操作上的質量問題。
3.2靠背支撐測試
靠背支撐測試不僅可以有效地評估靠背支撐系統和整個沙發框架的耐久性，而且還可以測試後靠彈簧系統，包括彈簧本身的耐久強度和安裝連接方式。多次測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彈簧系統的壽命影響很大。
表1 GSA沙發性能測試加載方案和測試級別 測試類型 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 中量級 重量級 數量 磅1b（N） 磅1b（N） 磅lb（N） 磅lb（N） 磅lb（N） 垂直坐力測試 100/50
(445/222) 25/12.5
(111/56) 3 200&100
(890/445) 250&125
(1112/556) 275&137.5
(1223/612) 靠背支撐測試 50(222) 12.5(56) 3 112.5(500) 125(556) 150(667) 靠背框架測試 75(334) 25(111) 3 75(334) 100(445) 150(667) 水平側拉扶手測試 50(222) 25(111) 1 75(334) 150(667) 200(890) 後拉腿測試 150(667) 50(222) 1或2 150（667） 200（890） 300（1334） 水平側拉腿測試 200(890) 50（222） 1 200（890） 250（1112） 350（1557） 3.3靠背框架試
後靠框系統在這個測試中破壞通常有以下幾種形式：頂橫檔斷裂；側邊扶手框架或整個框架崩潰；後支柱從後面與扶手和側邊板條松開；後支柱開裂；頂橫檔和後支柱的接頭破壞；後支柱的頂部斷裂。在這個測試中多種不同形式的破壞說明靠背框架測試可以有效地比較不同沙發個體的力學性能，尤其重要的是這個測試不僅可以有效地比較不同沙發個體的力學性能，尤其重要的是這個測試不僅可以發現由於部件尺寸不夠或部件缺陷引起的問題，而且可以發現沙發結構上和安裝操作（如施膠技術）中的問題。
3.4扶手水平側向外拉測試
對於前柱是和前橫檔直接連接類型的沙發，測試中的破壞常常先在此連接處發生。采用較寬前橫檔便於增加木榫釘的間距，而產生相對牢固的連接類型。前支柱和前橫檔之間最牢固的連接方式是在接頭後面用壹塊同樣寬度的膠合板來強化接頭。
對於前支柱與側橫檔相連接類型的結構，測試破壞通常發和生在這兩者的連接處，有進前支柱也會沿著它的長度方向劈裂；而第二個引起框架最終結構破壞的原因是側橫檔和前橫檔接頭的破壞。總之，這種連接類型在抵抗水平側向外拉力的能力上要比上壹種連接弱。
總的來說，扶手水平側拉測試不但能有效地判斷不同的扶手結構抵抗側拉力的差異；還能有效地發現在產品生產過程中可能會出現的不符合組裝操作規程的錯誤操作，例如前橫檔和前支柱連接處施膠不足等問題。
3.5後拉腿測試
通過後拉腿測試可以看出不同的沙發腿和框架的連接方式在受力後存在明顯的差異。對於沙發腿是作為框架整體結構的附件，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，加固到沙發坐基框架。施膠不足、施膠不當、固定木螺釘錯位及數量不夠、木螺釘太短，及不符合規範裝配操作的連接都是造成沙發腿提前破壞的原因。對於支撐腿是作為沙發框架整體結構的壹個部件，而不是作為附件被連接到沙發坐基框架的，後拉腿測試不但可以測試側邊扶手框架的強度，也可以測試沙腿本身的抗彎強度和抗劈裂強度。每當被測試的沙發腿破壞，沙發腿發生劈裂破壞是最常見的破壞方式。
3.6水平側拉腿測試
前面所述的後拉腿測試的情況也同樣適於水平側拉腿測試。總之，水平側拉腿測試可以有效地判斷出強度上的差別，因而是發現沙發結構上不足之處的有效方法。
4 總結
GSA軟體沙發性能測試方法不僅能有效地評估和分析沙發最得要的疲勞力學性能，而且可以發現和解決在設計、生產制造和銷售運輸過程中可能出現的結構上的缺點和隱藏的缺陷。應該指出的是GSA性能測試方法不僅對沙發類型的家具有效，對其他類型的坐臥家具也同樣適用，而且還可以運用到測試各種類型承重工具，例如飛機，火車和汽車上的座椅。
多年來性能檢測的實踐經驗證明，家具制造廠家還是非常願意使用循環地增加載荷的性能測試模式的。用此方法進行家具耐久性力學性能測試，可定量分析家具在破壞前整個使用過程中的力學特性，及早發現壹些原本不知道的問題和缺陷，及時改進產品，消除潛在的質量問題，提高產品的耐久性和可靠性。通常這些改進並不增加成本，因為不需要增加使用材料，而只要正確使用原來的材料並改進連接方式。使用這種方法的另外壹個連接方式。使用這種連接方式的另外壹個顯著作用是可以提供技術數據，對家具進行質量分類，有利於家具的合理標價，幫助顧客挑選產品。
總之，GSA軟體沙發性能測試方法是理想的檢測沙發的方法，同時也是沙發耐久必性力學設計理想的數據來源。