基于LS-DYNA的后排汽车座椅挂钩仿真分析及优化设计
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关键词 ：后排座椅挂钩 ；头枕强度分析 ；显式算法 ；优化设计 中图 分 类 号 ：Ｕ４６ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７４—１９８６ （２０１８）０２—０１２—０６
ＦＥＡ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｒｅａｒ Ｓｅａｔ Ｈｏｏｋ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＳ—ＤＹＮＡ
优 化 。
１ 试 验 设 置
根据美国标准 ＦＭＶＳＳ ２０２Ａ中对座椅头 枕强度 的要求 。作 者对产品进行了试验设置 ，具体试验设置如图 １、图 ２所示。
假 背 躯
束 后 大 位
ｌａ）第ｌ步 加 载
假 头 在 ３７３Ｎ． 又减 小 到３７Ｎ 残 余 位 移 不 超
（ｂ）第２步 加 载
Ｋ ｅｙｗ ｏｒｄｓ： Ｒｅａｒ ｓｅａｔ ｈｏｏｋ；Ｈｅａｄｒｅｓｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ； Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ； Ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ
０ 引言
针 对 项 目开 发 过 程 中遇 到 的 后 排 头 枕 强 度 试 验 失 效 问 题 ． 采 用 Ｌｓ—ＤＹＮＡ有 限 元 方 法 对 实 验 失 败 原 因 进 行 分 析 。 通 过 在 仿 真 环 境 中再 现 试 验 失 效 模 式 。优 化 结 构 设 计 ，保 证 物 理 实 验 顺 利 通 过 。解 决 了 项 目开 发 过 程 中遇 到 的 问题 ，完 成 了 结 构
拟 ，座 椅 发 泡 采 用 四 面 体单 元模 拟 ，钢丝 采 用 一 维 的 梁 单 元 模 拟 ，加 载 用 的 假 背 和 假 头使 用 刚体 模 拟 。 加载 方 法 为 强 制 运 动 缓 慢 加 载 ，有 限 元 求解 方法 为显 示 算 法
罔 ２ 忧 强 度 物 耻 试 验 （荚 抓 ＦＭＶＳＳ ２０２Ａ 法 规 ）
网 ３ 托强度 试验 ＪＩＩ『．发 排 倚 同定挂 钩滑 脱Ⅸ上戈
２ 仿 真 分 析
２．１ 仿 真 模 型 的 设 置 使 用有 限 元软 件 ｌ ｓ— ＮＡ进 行 求 解 ，后 处 理 用 ｌ Ｗ。 ｋ
软 件 进 行仿 真结 果分 析 、 ． 模 型 设 置 如 下 （如 图 ４、图 ５所 示 ）：钣 金件 采 用 壳 单 元模
ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇｈｕａ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓｔｕｄｉｅｓ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０５，Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ： ＦＥＡ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｈｅａｄｒｅｓｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＳ — ＤＹＮＡ ｗａｓ ｍａｄｅ． Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｔｙｐｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｔｅｓｔ ｗａｓ ｒｅａｐｐｅａｒｅｄ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ＦＥＡ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｓｔｒｕｅｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｒｅａｒ ｓｅａｔ ｈｏｏｋ ｗｉｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＳ—ＤＹＮＡ ｗａｓ ｄｏｎｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｅｄ ｓｔｎＪｅｌｕｒｅ ｐａｓｓｅｄ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｔｅｓｔ．
—
研 究与 ห้องสมุดไป่ตู้发
头枕 强度 ＦＭ＼ ２０２Ａ试验 ，加载 过程 （见 图 １） 描述 如下 ： 第 ｌ步 ：在模 拟 人 体 靠 背 的 假 背 上 加 载 ３７３ Ｎ．ｍ 的 扭 矩
．
此 时 假背 和座 椅 靠 背 紧 贴 第 ２步 ： 用一 个 直 径 １６５ ｍｍ 的 半 球 模 拟 人 的 头 部 以 垂
．
直 于 假 背 躯 干 线 的 角度 加 载 ３７ Ｎ ·ｔｎ的扭 矩 第 ３步 ：作 用于 假 头 上 的扭 矩 从 ３７ Ｎ ··ｎ增 大 到 ３７３ Ｎ ．Ｉｌｌｏ 第 ４步 ：作 用 于假 头 上 的扭 矩 减 小 到 （），然 后 再 增 大 到 ３７
Ｎ ·ｎ１（）
第 ５步 ：作 用 于假 头 上 的 扭 矩 减 小 到 （），最 后 再 加 载 集 中 力 ８９０ Ｎ，试 验 结 束
ＤＯＩ：１０．１９４６６／ｊ．ｃｕｋｉ．１６７４—１９８６．２０１８．０２．００３
基 于 ＬＳ—ＤＹＮＡ的 后排 汽 车座 椅 挂 钩 仿真 分 析及 优 化设 计
张 泳华 （同济 大学汽 车 学院 ，上海 ２０１８０５）
摘要 ：针对后 排座椅头枕强度的物理试验 ，进行了基于 Ｉ Ｓ—ＤＹＮＡ的有限元仿 真分 析 ，成功再 现 了试验 的失 效模式 。通 过有 限 元 仿 真 分 析 ，实 现 了 对 后 排 挂 钩 钢 丝 的 结 构 优 化 设 计 ，并 顺 利 通 过 了物 理 试 验 。
如 图 ３所 示 ， 在 头 枕 强 度 试 验 （ＦＭＶＳＳ ２（｝２Ａ） 测 试 中 ．
后 排 座 椅 挂 钩 钢 丝 由于 变 形 太 大 ，在 规 定 的载 荷 没 有 达 到 的 情
况 下 ，滑 出 了车 身 安 装 支 架 限 制 区 域 ，导 致 试 验 失 败 。 初 步 分
析 试 验 图 片 ，得 出 后 排 座 椅 骨 架 刚 度 不 够 ，导 致 挂 钩 钢 丝 变 形
加 载 移
（ｃ）第３步加 载
（ｄ）第 ４步 加 裁 罔 １ 枕强 度 试验加 载过 程
（ｅ）第ｓ步加载
收 稿 日期 ：２０１７—１２—０８ 作者 简介 ：张泳 华 ，男 ，硕 七研 究生 ，一ｒｊ呈师 ，研究 方向 为车 身结构 与被 动安 全 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｏｎｇｈｕａ．ｚｈａｎｇ１９８７＠ １６３．ｃｏｒ ｎ。
２０１８ １￣ Ａｕｔｏｍ ｏｂｉ１ｅ Ｐ ａｒｔｓ ．
．
０１２ ． ． ． ． ． ． ． ． ． ， ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．
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优 化 。
１ 试 验 设 置
根据美国标准 ＦＭＶＳＳ ２０２Ａ中对座椅头 枕强度 的要求 。作 者对产品进行了试验设置 ，具体试验设置如图 １、图 ２所示。
假 背 躯
束 后 大 位
ｌａ）第ｌ步 加 载
假 头 在 ３７３Ｎ． 又减 小 到３７Ｎ 残 余 位 移 不 超
（ｂ）第２步 加 载
Ｋ ｅｙｗ ｏｒｄｓ： Ｒｅａｒ ｓｅａｔ ｈｏｏｋ；Ｈｅａｄｒｅｓｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ； Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ； Ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ
０ 引言
针 对 项 目开 发 过 程 中遇 到 的 后 排 头 枕 强 度 试 验 失 效 问 题 ． 采 用 Ｌｓ—ＤＹＮＡ有 限 元 方 法 对 实 验 失 败 原 因 进 行 分 析 。 通 过 在 仿 真 环 境 中再 现 试 验 失 效 模 式 。优 化 结 构 设 计 ，保 证 物 理 实 验 顺 利 通 过 。解 决 了 项 目开 发 过 程 中遇 到 的 问题 ，完 成 了 结 构
拟 ，座 椅 发 泡 采 用 四 面 体单 元模 拟 ，钢丝 采 用 一 维 的 梁 单 元 模 拟 ，加 载 用 的 假 背 和 假 头使 用 刚体 模 拟 。 加载 方 法 为 强 制 运 动 缓 慢 加 载 ，有 限 元 求解 方法 为显 示 算 法
罔 ２ 忧 强 度 物 耻 试 验 （荚 抓 ＦＭＶＳＳ ２０２Ａ 法 规 ）
网 ３ 托强度 试验 ＪＩＩ『．发 排 倚 同定挂 钩滑 脱Ⅸ上戈
２ 仿 真 分 析
２．１ 仿 真 模 型 的 设 置 使 用有 限 元软 件 ｌ ｓ— ＮＡ进 行 求 解 ，后 处 理 用 ｌ Ｗ。 ｋ
软 件 进 行仿 真结 果分 析 、 ． 模 型 设 置 如 下 （如 图 ４、图 ５所 示 ）：钣 金件 采 用 壳 单 元模
ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇｈｕａ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓｔｕｄｉｅｓ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０５，Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ： ＦＥＡ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｈｅａｄｒｅｓｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＳ — ＤＹＮＡ ｗａｓ ｍａｄｅ． Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｔｙｐｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｔｅｓｔ ｗａｓ ｒｅａｐｐｅａｒｅｄ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ＦＥＡ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｓｔｒｕｅｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｒｅａｒ ｓｅａｔ ｈｏｏｋ ｗｉｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＳ—ＤＹＮＡ ｗａｓ ｄｏｎｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｅｄ ｓｔｎＪｅｌｕｒｅ ｐａｓｓｅｄ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｔｅｓｔ．
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研 究与 ห้องสมุดไป่ตู้发
头枕 强度 ＦＭ＼ ２０２Ａ试验 ，加载 过程 （见 图 １） 描述 如下 ： 第 ｌ步 ：在模 拟 人 体 靠 背 的 假 背 上 加 载 ３７３ Ｎ．ｍ 的 扭 矩
．
此 时 假背 和座 椅 靠 背 紧 贴 第 ２步 ： 用一 个 直 径 １６５ ｍｍ 的 半 球 模 拟 人 的 头 部 以 垂
．
直 于 假 背 躯 干 线 的 角度 加 载 ３７ Ｎ ·ｔｎ的扭 矩 第 ３步 ：作 用于 假 头 上 的扭 矩 从 ３７ Ｎ ··ｎ增 大 到 ３７３ Ｎ ．Ｉｌｌｏ 第 ４步 ：作 用 于假 头 上 的扭 矩 减 小 到 （），然 后 再 增 大 到 ３７
Ｎ ·ｎ１（）
第 ５步 ：作 用 于假 头 上 的 扭 矩 减 小 到 （），最 后 再 加 载 集 中 力 ８９０ Ｎ，试 验 结 束
ＤＯＩ：１０．１９４６６／ｊ．ｃｕｋｉ．１６７４—１９８６．２０１８．０２．００３
基 于 ＬＳ—ＤＹＮＡ的 后排 汽 车座 椅 挂 钩 仿真 分 析及 优 化设 计
张 泳华 （同济 大学汽 车 学院 ，上海 ２０１８０５）
摘要 ：针对后 排座椅头枕强度的物理试验 ，进行了基于 Ｉ Ｓ—ＤＹＮＡ的有限元仿 真分 析 ，成功再 现 了试验 的失 效模式 。通 过有 限 元 仿 真 分 析 ，实 现 了 对 后 排 挂 钩 钢 丝 的 结 构 优 化 设 计 ，并 顺 利 通 过 了物 理 试 验 。
如 图 ３所 示 ， 在 头 枕 强 度 试 验 （ＦＭＶＳＳ ２（｝２Ａ） 测 试 中 ．
后 排 座 椅 挂 钩 钢 丝 由于 变 形 太 大 ，在 规 定 的载 荷 没 有 达 到 的 情
况 下 ，滑 出 了车 身 安 装 支 架 限 制 区 域 ，导 致 试 验 失 败 。 初 步 分
析 试 验 图 片 ，得 出 后 排 座 椅 骨 架 刚 度 不 够 ，导 致 挂 钩 钢 丝 变 形
加 载 移
（ｃ）第３步加 载
（ｄ）第 ４步 加 裁 罔 １ 枕强 度 试验加 载过 程
（ｅ）第ｓ步加载
收 稿 日期 ：２０１７—１２—０８ 作者 简介 ：张泳 华 ，男 ，硕 七研 究生 ，一ｒｊ呈师 ，研究 方向 为车 身结构 与被 动安 全 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｏｎｇｈｕａ．ｚｈａｎｇ１９８７＠ １６３．ｃｏｒ ｎ。
２０１８ １￣ Ａｕｔｏｍ ｏｂｉ１ｅ Ｐ ａｒｔｓ ．
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