ABAQUS在汽车座椅安全带固定点强度分析中的应用
驾驶员座椅安全带固定点强度分析报告
安全带锚固点坐标
X
Y
1517.6
-597.3
1459.4
-624.8计位置
Z 993.9
59 216.5
变形图（动画）
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120%加载力保持阶段(时间从 0.16s-0.22s)， 三条链的位移曲线基本保持水平，这说明座椅 不再变形，座椅能承受120％加载力。
应力/应变图_左前连杆支架（厚度4.0mm）
材料： S550MC 屈服强度：551.4MPa 极限应力：690MPa 极限应变：13.6%
应力/应变图_左前连杆支架（厚度4.0mm）
材料： S550MC 屈服强度：551.4MPa 极限应力：690MPa 极限应变：13.6%
应力/应变图_左后连杆齿支架（厚度4.0mm）
材料： 16MnCr5 屈服强度：1187MPa 极限应力：1373MPa 极限应变：10.0%
应力/应变图_右前连杆支架（厚度 2.5mm）
材料： ZSTE420 屈服强度：420MPa 极限应力：556.8MPa 极限应变：14.8%
应力/应变图_左前连杆支架（厚度 2.5mm）
材料： QSTE460 屈服强度：460MPa 极限应力：592.8MPa 极限应变：13.1%
材料： QSTE460 屈服强度：460MPa 极限应力：592.8MPa 极限应变：13.1%
应力/应变图_右内滑轨（厚度 1.8mm）
内滑轨存在拉断的风险！
材料： S650MC 屈服强度：650MPa 极限应力：700MPa 极限应变：10.0%
汽车后排座椅安全带上固定点支架的优化设计
收稿日期：２０１９－０７－１６作者简介：李莉（１９７６ ），女，硕士，高级工程师，主要研究方向为汽车座椅和内饰的动态冲击和静态加载等有限元分析㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｌｉ１５＠ｌｅａｒ ｃｏｍ㊂ＤＯＩ：１０ １９４６６／ｊ ｃｎｋｉ １６７４－１９８６ ２０１９ １２ ００８汽车后排座椅安全带上固定点支架的优化设计李莉，战磊（长春富晟汽车零部件有限责任公司，吉林长春１３００３３）摘要：基于有限元分析汽车座椅安全带固定点强度，使用拓扑优化方法分析安全带固定点金属支架的最佳材料分配方案，建立优化的结构㊂使用Ａｂａｑｕｓ软件对不同厚度材料的优化方案进行单个零件的强度分析，确定适宜的厚度㊂使用ＬＳ＿ＤＹＮＡ程序对装配有优化后支架的整椅安全带固定点进行强度分析㊂结果表明：采用拓扑优化并降低质量后的支架的整椅强度和位移能够满足国标要求，实现了提高零件结构强度和降低质量的目的㊂关键词：有限元；汽车座椅；安全带固定点；拓扑优化中图分类号：Ｕ４６１ ９１㊀文献标志码：Ａ㊀文章编号：１６７４－１９８６（２０１９）１２－０３７－０５ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＵｐｐｅｒＳａｆｅｔｙ⁃ｂｅｌｔＡｎｃｈｏｒａｇｅＰｏｉｎｔＢｒａｃｋｅｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＲｅａｒＳｅａｔＬＩＬｉ，ＺＨＡＮＬｅｉ（ＣｈａｎｇｃｈｕｎＦＡＷＳＮＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰａｒｔｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＪｉｌｉｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｆｉｘｅｄｐｏｉｎｔｏｆｔｈｅｓｅａｔｂｅｌｔｏｆｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｍａｔｅｒｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｓａｆｅｔｙｂｅｌｔｆｉｘｉｎｇｐｏｉｎｔｍｅｔａｌｂｒａｃｋｅｔ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｉｎｇｌｅｐａｒｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙＡｂａｑｕｓｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄｔｈｅｓｕｉｔａｂｌｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．ＴｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｆｉｘｅｄｐｏｉｎｔｏｆｔｈｅｓｅａｔｂｅｌｔｆｉｔｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｓｕｐｐｏｒｔｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙＬＳ＿ＤＹＮＡｐｒｏｇｒａｍ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｅａｔｗｉｔｈｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｎｄｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｓｕｐｐｏｒｔｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄ，ｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐａｒｔｓｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｅａｔ；Ｓａｆｅｂｅｌｔａｎｃｈｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ；Ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ０㊀引言近年来，大多数ＳＵＶ汽车由于车身布置等因素需要将乘员使用的安全带上固定点设置在座椅靠背骨架上㊂安全带上固定点结构主要由塑料罩盖和金属冲压支架组成，金属支架位于靠背骨架的上部，与上横管连接，起着引导和支撑安全带的作用㊂ＧＢ１４１６７－２０１３要求座椅必须通过安全带固定点强度试验，具体的要求为：座椅的安全带固定装置在经过实验载荷后，安全带不能从固定点处脱落，座椅的零件不能发生破坏，且固定点的位移不能超过一定范围［１］㊂由于实验加载条件比较苛刻，增加了座椅骨架和安全带上固定点金属支架的设计难度㊂目前，安全带上固定点支架较普遍的设计方法是根据对标产品结构进行设计，而后通过ＬＳ＿ＤＹＮＡ等有限元分析软件验证强度，根据分析结果，再次改进设计的试错法［２］㊂采用的方法多是增加整个零件的强度和采用加强板等［３］㊂由于不同座椅的靠背骨架高度和支架与靠背管连接处局部结构的差异以及不同客户对座椅的要求不同等原因，由对标获得的结构往往不适合用在新设计的座椅上，需要反复修改和验证设计方案，造成大量时间和开发费用的浪费，而且存在已开模产品模具作废的风险㊂整体提高金属支架的强度或使用加强片等又会增加整椅的质量㊂本文作者为提高结构优化和验证的效率，并在满足强度需求的同时减轻零件的质量，综合使用ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ㊁ＬＳ＿ＤＹＮＡ和Ａｂａｑｕｓ３种软件进行拓扑优化和强度验证分析，对汽车座椅安全带上固定点的设计进行了研究㊂１㊀有限元分析为了验证某款汽车后排座椅结构（如图１所示）能否通过安全带固定点实验，在初轮设计方案完成后进行有限元分析㊂该分析使用ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ划分网格和定义模型，建立座椅与车身及地板的约束，使用ＬＳ＿ＤＹＮＡ软件模拟胸块㊁臀块通过安全带和在重心同一平面上的加载杆对座椅的加载，通常的方式如图２所示㊂按照ＧＢ１４１６７－２０１３标准要求，在上部和下部人体块上延车辆纵向中心平面与水平线呈向上１０ʎ的方向施加１４９００Ｎ载荷，同时在座椅重心上延水平向前方向加载２０倍重力，所有载荷缓慢加载达到１００％，保持该载荷至少１ｓ，然后继续缓慢加载到１１０％和１２０％㊂所有载荷的加载曲线如图３所示㊂图１㊀后排座椅安全带固定点示意图２㊀后排座椅安全带固定点强度有限元分析模型图３㊀安全带固定点的加载曲线为了提高仿真的准确性，座椅骨架和安全带固定点支架都采用了ＧＩＳＳＭＯ材料，使用该材料的模型能够在材料被破坏时删除失效的网格单元㊂支架的材料ＱＳＴＥ５００性能参数如表１所示㊂表１㊀材料性能参数参数参数值屈服强度／ＭＰａ５０３拉伸极限强度／ＭＰａ７１２拉伸极限应变０．１２厚度／ｍｍ３㊀㊀在加载过程中，靠背上的安全带固定点金属支架在中间肩部安全带的作用下受到较大的力，受力最大时的情况如图４所示㊂图４㊀支架受力示意在安全带的载荷达到５０％时，支架的翻边处最大应变达到了０ １９２７，如图５所示，超过了材料的极限应变，零件有被撕裂的风险㊂图５㊀原支架有限元分析结果拓扑优化可以计算出在给定的设计空间内最优的材料分布方案［３］，使结构的强度等性能满足设定的要求，同时使得质量最轻，因此尝试使用该方法得出优化方案㊂２ 拓扑优化分析整椅分析的有限元模型较大，如果进行拓扑优化分析将花费较长时间㊂因此仅用支架和从整椅分析中提取的约束及加载建立优化分析模型㊂支架的固定点为它与靠背骨架上横梁和靠背板的焊接区域，固定点为全约束㊂加载为安全带施予在翻边上的破坏时的拉力为６４７２Ｎ，分析模型如图６所示㊂在加载力为７２５０Ｎ时，分析结果如图７所示㊂图６㊀金属支架分析模型图７㊀金属支架分析结果此时加载位置最大应变为０ １９８，与整椅分析结果中最大应变出现的位置和数值非常接近，因此可以用该简化模型进行优化和初步试算分析㊂拓扑优化建模使用ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ软件，分析使用ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ软件［４］㊂网格按照产品工程师输入的设计空间ＣＡＤ数据划分，固定点为支架与靠背横梁的焊接区域，载荷为整椅分析时提取的作用在支架上的安全带的最大拉力与同时刻的加载方向，如图８所示㊂拓扑优化目标是体积分布最小，限制条件为加载完毕后零件上的最大应力小于材料的极限应力㊂图８㊀拓扑优化分析模型３ 结果与讨论３ １㊀有限元分析结果运行拓扑分析后，得到了设计空间内的材料分布结果如图９所示㊂文中拓扑优化采用了密度法（ＳＩＭＰ），即将有限元模型设计空间中每个单元的 单元密度 作为设计变量，并在０ １之间连续取值，优化计算后单元密度越接近１表示该单元位置处的材料越重要，需要保留；反之单元密度越接近０，则表示该单元的材料不重要，可以删除㊂通过保留重要位置材料和去除非重要位置材料达到提高材料利用率和减重的目的［３］㊂图９㊀拓扑优化分析结果与原结构对比拓扑优化结果中保留材料的部分与原支架方案，主要有３个区域的材料分布差异较大：（１）区域１为支架的翻边，优化结果显示该部分需要保留较宽的翻边，而原方案的翻边较窄，原方案在这个区域的强度明显不足㊂（２）区域２和３分别为支架的前平面和支腿，拓扑优化后该区域的材料分布系数较低，对结构的强度影响较小㊂原结构的这些区域对强度贡献不大，而且增加了零件的质量㊂（３）通过对比可见，原支架结构的材料分布不合理，受力的关键区域 翻边的宽度不足，降低了零件的强度；在非关键区域布置了较多的材料，增加了不必要的质量㊂３ ２㊀优化后支架结构根据拓扑优化分析结果，重新布置零件的材料，建立了新的支架结构和相应的ＦＥＡ模型，如图１０所示㊂图１０㊀新旧支架结构对比㊀㊀在新结构支架的前部平面和支腿区域大量减少材料布置，适当增加翻边的宽度，零件质量降低了２０％㊂３ ３㊀新支架零件强度分析由于分析整椅的安全带固定点时间较长，为了快速验证新支架的强度，根据该零件在整椅分析环境中的约束和加载，先对单个零件进行有限元分析㊂３ ３ １㊀建模说明固定点为支架与靠背骨架上横梁和靠背板的焊接区域，加载为安全带施予在翻边上的载荷的１ ２倍，据此使用Ｈｙ⁃ｐｅｒＭｅｓｈ建立部件分析模型如图１１所示㊂与整椅分析相比，模型大小从４１ＭＢ缩小到了６４ｋＢ㊂使用Ａｂａｑｕｓ软件计算，用时从７ｈ缩短到了５ｍｉｎ㊂图１１㊀零件分析约束与加载说明３ ３ ２㊀零件分析结果为了获得零件的最佳厚度，参考该座椅使用相同材料的板材，分别尝试定义厚度为２ ５ｍｍ和３ｍｍ㊂分析结果显示：加载完成后，厚度为２ ５ｍｍ的零件的最大应变为０ １３６，超过了材料的极限应变，零件可能被破坏，如图１２所示㊂图１２㊀厚度为２ ５ｍｍ的支架的应变分析结果㊀㊀厚度为３ｍｍ的零件的最大应变为０ ０４４，低于材料的极限应变，零件不会被破坏，如图１３所示㊂图１３㊀厚度为３ ０ｍｍ的支架的零件应变分析结果３ ４㊀在整椅中验证零件强度将经过分析验证的合格支架放在整椅骨架分析环境中进一步验证其强度㊂在保持１２０％载荷（１７８８０Ｎ）加载阶段完毕后，分析结果显示支架的最大应变为０ ０４１，没有超过材料的极限应变，无破坏风险，如图１４所示㊂图１４㊀优化后支架在整椅上的应变分析结果ＧＢ１４１６７－２０１３规定安全带支架在加载结束时向前和向下的位移不能超过参考平面，分析结果显示优化后的支架符合实验标准，如图１５所示㊂图１５㊀优化后支架在整椅上的位移分析结果４㊀结论运用拓扑优化分析方法可在短时间内设计出零件的最佳材料分布方案，在满足结构强度需求的同时降低零件的质量，实现了设计的最优化㊂优化后该支架的结构通过了安全带固定点的强度分析，零件没有失效的风险，位移也满足要求，质量降低了２０％㊂运用Ａｂａｑｕｓ零件分析和ＬＳ＿ＤＹＮＡ整椅分析相结合的方法可以减少整椅分析的次数和运算时间，大幅度提高了验证设计方案的效率㊂参考文献：［１］全国汽车标准化技术委员会．汽车安全带安装固定点㊁ＩＳＯＦＩＸ固定点系统及上拉带固定点：ＧＢ１４１６７－２０１３［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１４．［２］钟能才．某微车第三排座椅安全带卷收器安装支架结构改进［Ｊ］．中国高新技术企业，２０１４（６）：９９－１０１．［３］荣兵，门永新，赵鹏程，等．某车型安全带固定点强度分析及优化［Ｃ］／／２０１３中国汽车工程学会年会．北京，２０１３．［４］洪清泉，赵康，张攀．ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ＆ＨｙｐｅｒＳｔｕｄｙ理论基础与工程应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１３．把脉汽车业新动向聚焦后市场新格局㊀㊀随着中国汽车工业的不断发展，汽车后市场也蓬勃成长，在群雄逐鹿的新格局下，各方迎来发展机遇与挑战㊂基于这一背景， ２０１９中国汽车后市场最受欢迎品牌大奖 颁奖盛典暨中国汽车后市场新格局高峰论坛于１１月２８日在上海隆重举行㊂我国汽车售后市场的不断完善与进步，在这些年里呈现出巨大容量和发展潜力㊂未来，我国汽车后市场的发展潜力不可估量，而这一盛况也令站在汽车产业链上的企业与从业者们满怀期盼与希望㊂由上海‘汽车与配件“杂志社有限公司主办，上海市汽车配件用品行业协会㊁中国汽车后市场服务链机构协办的 ２０１９中国汽车后市场最受欢迎品牌大奖 评选活动，以云集中国汽车后市场优秀企业与风云人物为宗旨，与行业同仁共享发展硕果㊂在本届颁奖盛典上，上海‘汽车与配件“杂志社有限公司总编梅卿女士表示： 汽车售后市场是汽车产业中至关重要的环节，后市场有序㊁稳健地发展，能让汽车生态链更加完整，也将进一步推动产品技术的提升㊁服务及商业模式的创新，从而使我国的汽车生态体系得到重构迭代与全面升级㊂ 在全新的市场格局下，所有企业都在求新求变㊁突破自我，后市场产业潜力无限㊂由上海车享家汽车科技服务有限公司㊁深圳开思时代科技有限公司㊁广州威尔森信息科技有限公司㊁上海德雷威汽车工业有限公司㊁海拉贸易（上海）有限公司㊁德尔福科技售后㊁布雷博支持的 ２０１９中国汽车后市场新格局高峰论坛 隆重举行㊂本届高峰论坛聚焦市场格局下的机遇与挑战，邀请重磅专家与学者进行精彩演绎㊂在当前的世界大环境中，经济下行压力加大㊁中美贸易摩擦常态化，不稳定㊁不确定因素增多，上海及长三角地区汽车零部件贸易发展压力与日俱增㊂汽车零部件行业㊁企业面临的经贸风险持续增大，如何应对挑战㊁防范风险，扩大产品贸易规模，推动产业更高质量发展，成为长三角企业及行业的难题㊂在本届高峰论坛上，上海市汽车配件用品行业协会秘书长樊泽芳女士为与会者重点剖析汽车后市场趋势及长三角地区零部件贸易发展㊂当前的售后市场，各类维修连锁品牌不断涌现，展现出了空前的发展规模，也催生出无数创新型商业模式㊂然而，用户与终端门店都各自存在诸多痛点与需求，对此，业内既需要从欧美发达市场获得一些启示，同时也要观察与展望国内市场的发展趋势㊂由此，车享家商品供应链ＶＰ庄大庆先生以独立售后品牌的机遇与挑战为主题，深谈车享家供应链实践分享㊂随着大量资本涌入独立汽车后市场，市场逐渐向品牌连锁化㊁渠道扁平化㊁管理系统化方向发展㊂为了应对新兴业务模式与资本降维打击，业内原小型独立个体汽配商开始思考选择加盟，或保持独立经营㊂在这一重要时刻，ＢｔｏＢ平台型电商应需而生㊂汽车后市场ＢｔｏＢ平台型电商的业务核心是怎样的？应当如何实现从基础服务到升级服务，再到专属服务的成长？广州威尔森信息科技有限公司研究总监郑赫先生为与会者深入讲解汽车后市场ＢｔｏＢ平台型电商的生意经㊂在 数字化 新时代，售后市场分销渠道的发展有了不同以往的变化轨迹，零部件企业必须在变革迭起的环境下探索升级方式㊂新的所有权模式和分销渠道将会在未来５年产生巨大影响，独立后市场分销向数字化平台转移㊂在本届高峰论坛，舍弗勒大中华区汽车售后事业部副总裁顾钧先生详谈数字化浪潮下，后市场分销渠道的发展方向㊂汽车后市场的创新发展已成为必由之路，在新零售模式的变革之下，这一市场得到前所未有的推动㊂新零售对原有后市场价值链和市场格局的影响几何？未来竞合关系和商业模式如何展望？国外成熟市场发展实践的启示如何？立足于这些热点话题，罗兰贝格企业管理（上海）有限公司执行总监吴钊为与会者剖析零售变革下的后市场发展㊂（来源：俞庆华）。
某款轿车后排安全带固定点结构优化设计
362019 年 第 2 期汽车安全带固定点强度是保证安全带在被动安全中能否发挥作用的决定性因素。
为了进行某款国产轿车后排安全带固定点结构优化设计，通过HyperWorks软件进行前处理，在LS-DYNA求解器中进行分图2 加载规定析求解，并提出两种优化方案，仿真结果1.4 评价标准表明所提出的方案提高了安全带固定点强根据GB14167-2006《汽车安全带安装度并且满足国家法规要求。
固定点》标准的要求，安全带安装固定点及其附近范围在试验载荷下允许发生永久变形安全带是提高汽车被动安全的重要措施或裂纹，但是安全带不能脱落并且产生的位之一，而安全带固定点是保障安全带能否发移需要在规定范围之内。
挥作用的决定性因素，GB 14167-2006《汽2 安全带固定点结构优化设计车安全带安装固定点》对安全带固定点的技安全带安装固定点最容易发生破坏的是[1]术要求予以了明确规定。
本文以某款国产底板沿加强板后翻边被割裂，侧围上安全带轿车为例，根据参考试验确定的固定点薄弱固定点失效。
针对这个情况，为了提高安全[2][3]位置，通过LS-DYNA显式积分法对优化带固定点的强度以及安全性，在以满足试验后的后排安全带固定点模型进行仿真，并对法规标准的基础上，对该种安全带固定点结固定点结构进行分析优化，以满足国家法规构提出以下两种优化方案：①底板安全带固规定。
定点处在纵梁下部新增件，属性为B340LA，1安全带固定点分析方法料厚1.5 mm，如图3所示。
②侧围安全带固1.1 有限元模型建立定点处在侧围内板外面新增件，属性为为了便于分析和保证分析模型的精度，B210P1，料厚1.0 mm，见图4。
[4]去除了不必要的倒角和小孔，利用CATIA建立有限元优化模型，分析模型包括：后排座椅、侧围、底板、包裹架、顶盖和加载装置。
通过HyperWorks软件对此模型进行必要的前处理，基本网格单元大小采用10mm，最终有限元分析模型如图1所示。
汽车座椅安全带固定点强度分析
汽车座椅安全带固定点强度分析作者：董玉东来源：《时代汽车》2017年第11期摘要：汽车出现碰撞事故或者是翻滚的情况下，安全带可以将乘车人员紧紧的约束在座椅之上，防止乘车人员身体飞出窗外或者与车内的物品产生二次碰撞，尽可能的降低乘车人员受到的伤害。
在对汽车碰撞事故进行统计的过程中，发现乘车人员受到伤害的很大一部分原因是因为乘车人员与座椅、仪表等其他车内的物品进行产生了二次碰撞或者安全带的牢固装置失效导致的，所以在汽车生产的过程中必须加强对座椅安全带固定点的重视。
关键词：座椅；安全带；强度汽车座椅在制造的过程中不仅需要为乘客提供相应的舒适性，还需要在汽车发生碰撞时对乘客的生命起到一定的安全保护作用，在对汽车座椅安全带固定点进行设计的时候，需要保证安全带固定点的强度能够满足相应的法律规定。
能够满足车辆《公告》实验的强制性检测指标，在汽车发生碰撞事故的时候，安全带固定点的周边区域产生撕裂或者断裂的情况，都会造成驾驶人员或者乘客出现生命伤亡的情况。
GB 14167-2013《汽车安全带固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》规定中要求，在规定的时间内承受实验要求的载荷情况下，安全带固定点的强度必须要保证安全带不会出现脱落的情况，但允许固定点或者周围区域有永久变形情况的出现，主要包括断裂或者是产生裂纹的情况，这样可以在汽车出现碰撞的过程中更好的保护乘员的生命安全。
很多座椅企业在汽车座椅生产的过程中都提出了高于目前座椅法规的产品性能要求。
1安全带固定点法规与试验简介在GB 14167-2013规定中对于M1类型的汽车座椅安全带进行设计的时候，对座椅安全带的配置、设置的形式、固定点强度的实验方式进行详细的分析。
（1）在汽车座椅安全带设计的过程中，可以使用三点式的方式进行设计，同时还需要加强对安全带固定点强度的测试，保证安全带能够正常的使用。
（2）可以按照图1的方式对安全带进行试验加载，沿着水平方向对车辆纵向中心的平面进行设计，并且保证其与水平面成向上的10°±5°的角度，在对汽车安全带固定点进行强度试验的过程中，需要施加（13500+200）N的载荷。
基于ABAQUS的汽车座椅安全带固定点强度分析
关键词 ： 有限元 ； 强度 ； 安全 带； 固 定点 ； Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ
中图分类号 ： Ｕ４ ６ ３ ． ８ ３ ６
文献标志码 ： Ｂ
文章编号 ： １ ０ ０ ６ — ３ ３ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ５ ２ — ０ ３
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ａ ｕ ｔ ｈ ｏ ｒ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｏ ｆ Ｂ Ｉ Ｗ（ Ｂ ｏ ｄ ｙ ｉ ｎ Ｗｈ ｉ ｔ ｅ ） ， ｓ ｅ ａ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｂ ｅ ｌ ｔ ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ ｓ ｙ ｓ — ｔ ｅ ｍ ， ａ ｎ ｄ ｉ ｍ ｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｈ ｅ Ｅ ｘ ｐ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｏ ｆ Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ ｔ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ａ ｔ ｂ ｅ ｌ ｔ ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ
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汽车座椅的四连杆机构有限元分析_产品创新数字化(PLM)_CAE_1700
汽车座椅的四连杆机构有限元分析_产品创新数字化(PLM)_CAE_1700汽车座椅的四连杆机构有限元分析_产品创新数字化(PLM)_CAE摘要:本文前后处理利用了HyperMesh软件，计算分析应用Abaqus软件。
给出了一种汽车座椅系统Beam模型。
主要探讨Abaqus软件Beam单元简化模型，用于改进座椅的四连杆机构设计的分析方法。
按照汽车座椅的碰撞分析的载荷工况，用Abaqus软件对座椅系统进行了碰撞试验工况的有限元计算分析，得到了四连杆机构的截面应力以及弯矩，大大节省了分析运算的时间。
同时，可以评定杆件是否失效与失稳，应用于结构设计，加快了设计进度，并优化设计。
关键词:碰撞 ABAQUS Beam模型有限元计算分析一、前言汽车座椅碰撞试验的研究意义主要在于:当高速碰撞发生时，椅子结构不被破坏，乘员不会受到伤害。
一般每个国家都有其各自的国家标准，椅子作为汽车中与乘客关系最为密切的部件，更因为其安全性的重要，而受到广泛关注。
目前，欧美各国，有限元分析已成为汽车座椅设计阶段的重要辅助设计手段，对于真实试验的仿真模拟，提供结构改进意见。
本文所阐述的碰撞试验，是利用两个试验块分别模拟人的胸部和腰部，将其用安全带固定在椅子上，施加外力，模拟汽车发生前碰撞的时候，人和椅子自身对于椅子的作用力。
由于试验模拟的是瞬间碰撞过程，所以运用LS-DYNA来计算，能达到比较理想的结果。
通常情况下，完成一把椅子的分析，需要由建模、分析计算到后处理，三个主要部分，大约需要三到四周的时间。
构建一把椅子的有限元模型，大约要有十万个节点和二十万个单元，这样一个普通双cpu服务器大约要算三十个小时。
这是一般客户能接受的时间。
有时客户还会需要缩短时间，得到一个较粗糙，但是可接受的结果。
本文论述的这个分析，正是在客户的要求下，为了缩短分析周期，改用Abaqus软件计算，同时用Beam单元(一维单元)建模。
通过简化模型，不考虑接触的影响，对某座椅系统进行了有限元计算分析。
汽车座椅安全带固定点强度分析
汽车座椅安全带固定点强度分析摘要：汽车座椅靠背有支撑乘员背部的作用，在舒适性评价中有很高的占比，由于靠背远离固定点，且靠背与固定点之间存在多个调节机构，如高调四连杆、靠背调角器、水平调节滑轨等，导致靠背受到震动易产生晃动，对于不同座椅，产生晃动的震动波形也不同。
针对靠背晃动问题综合考虑可行性、工艺性及成本等因素，选取高调四连杆作为研究对象，解决该问题，并提供一种该问题的解决思路。
关键词：汽车座椅；安全带；固定点；强度分析引言汽车座椅是汽车安全件的重要组成部分之一，它不仅可以给乘员提供支撑，还具有保护乘员避免或减少伤害的作用。
汽车座椅安全带固定点试验是车辆《公告》强制性试验项目。
在车辆发生碰撞事故时，如果安全带固定点强度不满足法规要求，则安全带固定点周围区域的撕裂或断裂是会造成人员伤亡。
为使座椅在整车碰撞过程中起到更好的保护作用，许多座椅企业会设计高于法规标准要求的性能产品。
一、汽车座椅概述乘坐汽车的舒适性分静态和动态两个场景。
静态舒适性主要取决于座椅的设计是否符合“人体工程学”。
简单来说，运用“人体工程学”提升座椅的舒适性可以总结为三个要点：座椅设计参考人体测量学数据；座椅具有可调节性，满足不同体型人群需求；座椅的位置与空间相协调。
此外，座椅不宜过软，过软的座椅不仅会对尾椎造成过大压力，导致损伤脊椎健康，还会压迫腿部，不利于血液循环。
以荣获J.D.Power2021大型MPV座椅质量第一的广汽传祺M8的座椅为例，安道拓基于人体工程学设计了高度贴合人体的座椅造型，使得人体与座椅之间的接触面积最大化，并采用多密度多硬度的泡沫给予乘坐者最有力的支撑。
同样在各系细分市场摘得座椅质量冠亚军的福特福克斯和小鹏G3i的座椅亦是如此。
安道拓不仅使得座椅兼具包裹性和支撑性，同时还配备电动腰托，使得不同身形的人群都能调节到最适合自己的支撑点。
蔚来赫赫有名的“女王副驾”同样来自安道拓。
“女王副驾”的座椅配备腿托和脚托，可以说是从上到下都提供舒适的包裹性。
座椅安全带锚固点强度分析规范
目录1．前言 (1)2．范围 (1)3．规范引用文件 (1)4．术语和定义 (1)5．使用软件 (1)6．模型介绍 (2)6.1模型描述 (2)6.2车辆和座椅要求 (2)6.3人体模块 (2)7．边界条件 (3)7.1车辆固定 (3)7.2加载条件 (4)8．分析结果 (4)9．评价标准 (4)1．前言本文件规定了乘用车和商用车座椅安全带安装固定点强度分析的相关要求、分析方法及评价准则。
2．范围本规范适用于安装了前向和后向座椅成年乘员用安全带安装固定点的M和N 类车辆。
3．规范引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
《GB 14167-2013 汽车安全带安装固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》4．术语和定义车型（vehicle type）：与固定点相连接的车辆或座椅构件的尺寸、外形和材料等方面无差异的一类机动车辆。
安全带有效固定点（effecitive belt anchorage）：将织带系于该点可获得与预期设计相同的安全带佩带状态。
地板（floor）：与车身侧围连接的车身底板，包括加强件和底板下面的纵、横梁。
座椅（seat）：可供一个成年人乘坐、带完整装饰的装置，可与车身框架一体，也可独立；可是单独的，也可是长条座椅的供一人乘坐的部分。
座椅固定装置（seat anchorage）:将座椅总成固定在车身构架上的系统，包括影响车身结构的部分。
位移装置（displacement system）：使座椅或其中一部分在无中间固定位置情况下移位或转动，便于乘员进入座椅后部乘坐的装置。
躯干限载装置（thorax load limiter function）：安全带、座椅等在碰撞时能限制施加在乘员躯干上约束力的大小的装置。
5．使用软件前处理：Hypermesh 、ANSA、Primer求解分析：LS-DYNA6．模型介绍6.1 模型描述座椅安全带安装固定点强度分析时需座椅总成数模、部分车身数据、座椅连接数据、假人模块、BOM 表等参数信息。
汽车座椅安全带固定点强度设计
汽车座椅安全带固定点强度设计摘要：本文主要就汽车座椅安全带固定点强度设计进行分析，分析座椅骨架的灵敏度，开展轻量化的设计工作，使得安全带固定点强度达到我国相关的法规要求标准。
关键词：安全带；固定点；强度分析；轻量化设计引言：为了能更为深入的探究汽车座椅安全带固定点强度的设计要点，需要构建有限元模型，并开展汽车座椅骨架的轻量化分析工作。
以往我国针对其内容进行研究时，会将安全带的固定点设置在汽车的车身上或者设定到座椅的靠背位置处，其对于固定点强度等的要求会比较严苛，需要通过实验来对检验的仿真性进行判断，不断的优化安全带设计流程，使得其强度达到相应，对其进行合理化的壁厚处理工作。
1座椅安全带模型的建立1.1安全带固定点强度系统的原理模型我国法规中明确的注明，上、下人体模块加载大小数值要处于1300N至1400N的载荷数值范围，其实际的加载方向要和水平线保持10°的状态，且其上下浮动数值不超过5°。
要沿着车辆朝向中心平面靠前。
该文章实际研究的中间位置座椅上需要将其固定点放置到座椅靠背的位置处，还应当使用大小和座椅重量二十倍数值的作用力，作用到座椅的质心位置。
加载的方向应当和水平线保持0°，最大不超过5°，最小不低于-5°。
其载荷处于100ms要以一种缓慢加载的状态，直到100%，让其维持在250ms。
如果汽车产生了碰撞事件，那么汽车就很容易产生安全带固定点位置脱落等的问题，其周围的焊点也会产生断裂的现象，致使乘员遭受到伤害，在我国所设定的法规要求标准当中，明确的规定，汽车安全带不可出现脱落的现象。
在该次实验当中，汽车座椅的骨架材料失效应变极限值为0.2，仿真实验当中，如果安全带固定点位置的材料最大应力数值低于0.2，那么就证明安全带并没有出现脱落的现象。
在产生意外交通事件时，如果汽车座椅骨架靠背位置处的安全带固定点大于ＲC平面，那么乘员就很容易碰撞到前方的部件，使得乘员的头部遭受到损坏，也就是说，汽车中间座椅上的固定点不可以大于ＲC平面，ＲC平面要始终和白车身的横向维持水平的状态，Y方向要和ＲC平面保持90°的夹角，也就是说，要在有限元最终结果的上固定点Y方向的位移不超过350毫米。
基于ABAQUS的汽车座椅塑料件有限元分析与结构优化_刘明卓
第18卷第4期2011年8月塑性工程学报JOU RNAL OF PLAST ICIT Y ENGINEERINGVol .18 No .4Aug . 2011doi :10.3969/j .issn .1007-2012.2011.04.023基于ABAQUS 的汽车座椅塑料件有限元分析与结构优化(北京汽车股份有限公司汽车工程研究院,北京 100021) 刘明卓摘 要:利用有限元软件对汽车座椅塑料件最大应变位置、应力分布规律和受力趋势进行分析,得到接近物理实验的结果。
有限元分析结果与物理实验结果比照,提出了更新设计的目标。
对塑料件破坏区域进行厚度和结构合理的修改,提高了座椅塑料件的性能,减轻了质量。
关键词:汽车座椅;塑料件;应变;有限元;结构优化中图分类号:T G115.5 文献标识码:A 文章编号:1007-2012(2011)04-0116-04Finite element analysis and optimal design ofvehicle seat plastic based on ABAQUSLI U M ing -zhuo(BAIC M O T O R Cor po ratio n .,L td .,Beijing 100021 China )A bstract :With FE analysis so ftw are ,the location with maximum strain and the stress distribution rule o f vehicle seat plastic were ana -ly zed .The design target for vehicle seat plastic was presented after comparing with the physical test .By optimizing thickness and structure of local destructive area ,the performance of the who le seat plastic was improved and the mass was reduced obviously .Key words :vehicle seat ;pla stic ;str ain ;finite element ;structure optimizatio n刘明卓 E -mail :liuming zhuo @beijing -atc .com .cn 作者简介:刘明卓,男,1981年生,北京汽车股份有限公司汽车工程研究院,硕士,主要研究方向为汽车结构耐撞性、耐久性及轻量化收稿日期:2011-03-28;修订日期:2011-04-11 引 言汽车产业的迅猛发展与科技成果的不断发明和运用,使汽车座椅发生了很多变化,其中以塑料件的运用最为突出。
微车中后排安全带固定点强度分析
微车中后排安全带固定点强度分析张玉珠;贾丽刚;武敬伟【摘要】依据国标GB 14166-2013、GB 14167-2013要求,结合对标车研究,确定某车型中后排安全带适应新国标改进方向,建立安全带固定点分析有限元模型.通过仿真发现中间位置安全带上有效固定点超标,超标原因是座椅安装脚处地板和座椅限位器连接板强度不足.进行有针对性的改进后,仿真结果满足国标要求,改进方案通过了实验验证.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】6页(P12-17)【关键词】安全带固定点;强度分析;仿真【作者】张玉珠;贾丽刚;武敬伟【作者单位】上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545007【正文语种】中文安全带是汽车被动安全中一个重要的组成部分，是车辆碰撞时保护乘员安全的最重要方法之一。
当汽车发生碰撞事故或翻滚时，安全带总成把车上乘员牢牢约束在座椅上，防止其飞出车外或与车内零部件发生二次碰撞，从而最大降低车内乘员遭受伤害的程度[1]。
安全带固定点必须要满足强度要求，安全带固定点实验是车辆《公告》试验的强制检查项目[2-3]，而安全带本身也是3C和强检件。
文中以微型车中后排安全带为研究对象，对微型车中后排安全带固定点强度适应新法规进行法规分析、对标车研究、CAE仿真优化、法规实验验证。
GB 14167-2013《汽车安全带安装固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》[4]和GB 14166-2013《机动车乘员用安全带、约束系统、儿童约束系统和ISOFIX 儿童约束系统》[5]是和安全带直接相关的2个国标，下面先针对这2个国标的要求进行分析。
GB 14167-2013《汽车安全带安装固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》实验要求如下：实验车辆的固定要求。
所有固定车辆的方法均不得对安全带固定点及其周围部分起加强作用，同时亦不能减弱结构正常的变形。
Abaqus在座椅骨架强度分析中的应用
Abaqus在汽车座椅骨架强度分析中的应用龙海强袁登木(长安汽车股份有限公司汽车工程研究院CAE所)摘 要：座椅骨架是座椅综合性能的重要保障，随着市场对座椅安全性、可靠性等要求不断提高，座椅骨架强度问题日渐重要。
本文利用Abaqus强大非线性分析能力，针对座椅相关试验规范进行座椅骨架强度CAE分析，并利用分析结果优化骨架结构设计。
关键词：座椅；强度；Abaqus；非线性Application of Abaqus in Seat Framework Strength AnalysisAbstract:The framework ensures the over-all properties of seat.With the increase of requirement, people pay much more attention to the seats` security and endure ability. As the result, the strength of seat framework becomes more and more important. In this paper we discuss the usage of Abaqus software with its powerful nonlinear analysis capability in seat framework strength analysis and structure designing optimizing.Key words:Seat; strength;Abaqus;nonlinear1引言座椅是人体与车辆直接接触最多的载体，是车辆不可缺少的功能件之一。
随着市场需求层次的提升，座椅的安全性、可靠性、舒适性等各项性能已经成为市场竞争的焦点。
而座椅骨架强度问题更是其各项性能的基础。
目前，针对座椅强度问题除了有GB15083-2006等标准要求外，各整车企业也有自己标准及试验评价方法。
汽车后排安全带固定点强度有限元分析应用
汽车后排安全带固定点强度有限元分析应用【摘要】在汽车安全带固定点的设计中，采用hyperwork作为前后处理器及ls-dyna显式有限元方法对安全带固定点按照GB14167标准要求进行有限元仿真模拟计算，分析安全带固定点的强度，为结构设计提供依据，从而在设计阶段设计出合理的结构，以满足国标法规试验的要求。
【关键词】安全带固定点；有限元仿真；强度；hyperwork；ls-dyna0.概述汽车安全带固定点是汽车被动安全的重要指标之一，是车辆公告试验的强制检查项目，GB14167针对安全带固定点有专门的技术要求。
随着我国汽车技术的发展，国标的要求也逐步提高，GB14167-2006对M1类车的后排安全带固定点数量规定是3或2，GB14167-2013则更改为3；法规要求：在规定的时间内，持续按规定的力加载，则允许固定点或周围区域有永久变形，包括部分断裂或产生裂纹，安全带不得从安装固定点脱落，并且上部有效固定点向前位移不得超过允许的范围。
本文以一款SUV车型为例，在后排中间安全带新增的第三固定点的结构设计中，利用有限元前处理软件Hypermesh和ls-dyna显示有限元分析方法，按照GB14167-2013的试验要求加载，对安全带固定点的强度进行CAE分析，为结构设计提供依据。
1.有限元模型的建立1.1车身及座椅的有限元模型根据设计部门提供的SUV车型CATIA格式的CAD数据，在hypermesh的ls-dyna模板中读入模型，进行有限元模型的建立。
考虑到模型的共用，如碰撞及模态分析等，按照大小10mm划分网格，对各安装点附近的相关零件按4mm 进行细化，采用shell单元建立车身的有限元模型。
考虑到计算资源，对后排安全带固定点的强度分析，根据国标规定“所有固定车辆的装置应距被测固定点前方不小于500mm或后方不小于300mm处，且不得影响构架结构”，截取车身B 柱前沿截面之后的区域。
截取后的模型单元数276609，节点数283891。
汽车座椅安全带锚固定点强度分析
汽车座椅安全带锚固定点强度分析周旺;李晶【摘要】为研究汽车座椅是否满足安全带固定点强度要求,结合某车型利用ANSA 软件建立了座椅有限元模型.依据GB 14167-2013规定的试验方法,运用LS-DYNA软件进行座椅安全带固定点强度仿真分析.结果表明座椅右侧滑轨存在强度不足.根据实验结果提出优化的结构设计方案,并进行了仿真验证.验证结果表明:优化后的汽车座椅强度符合法规要求,为工程技术人员在产品设计阶段提供重要参考.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】4页(P36-39)【关键词】汽车座椅;安全带;结构强度;仿真【作者】周旺;李晶【作者单位】西安工程大学机电工程学院,陕西西安710600;西安工程大学机电工程学院,陕西西安710600【正文语种】中文【中图分类】U461.910 引言汽车座椅不仅是用来支撑乘员身体使其具有一定的舒适性，在汽车被动安全中也起到保护成员避免或减少伤害的作用[1]。
汽车座椅安全带固定点强度作为衡量汽车被动安全的一个重要指标，汽车座椅安全带固定点试验是车辆《公告》强制性要求的试验项目[2]。
GB 14167-2013《汽车安全带安装固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》[3]中明确了安全带固定点试验的方法和评判标准。
在产品开发前期，可以通过计算机建立座椅有限元分析模型，按照真实试验条件摆放和加载进行求解计算，得到仿真试验模拟动画、位移、塑性变形等参数。
肖永富等[4]比较了显式分析与隐式分析的特点，得出显式分析更加适用于座椅安全带固定点强度试验仿真的结论。
赵波等人[5]对汽车座椅上的调角器进行了设计，同时使用软件HyperWorks进行仿真分析，提升了座椅的安全性。
Y M TANG等[6-7]将CAE分析软件仿真模拟与真实试验进行对标，其结论表明：CAE分析软件仿真模拟与真实试验结果高度吻合，说明计算机仿真对试验具有一定的参考意义。
中排座椅安全带固定点强度分析
图1：安全带固定点有限元模型图
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中排座椅安全带固定点强度分析
2、安全带固定点强度边界条件
GB14167安全带固定点强度法规规定，法规要求利用模拟织带的装置，对连接到固定点上的上 人体模块施加一个与X轴成15°的13500N的载荷。与此同时，对连接到固定点上的下人体模块 施加一个与X轴成15°的13500N的载荷。给座椅总成质量20倍的力。以尽可能快的速度加载值 规定值，并至少持续0.2s（其中红色代表约束位置，约束自由度123456）
图2：安全带固定点强度边界条件图
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中排座椅安全带固定点强度分析
3、安全带固定点强度分析结果
安全带固定点应力云图
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中排座椅安全带固定点强度分析
3、安全带固定点强度分析结果
C柱内板安装点处最大塑性应变0.066 小于材料DC03最大塑性应变0.300
安全带地板安装孔最大塑性应变0.168 小于材料DC04最大塑性应变0.295
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中排座椅安全带固定点强度分析
4、结论
综上，安全带安装点各部件最大拉伸应变率均小于材料断裂拉伸率，满足设计要求。
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中排座椅安全带固定点强度分析
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安全带固定点强度边界条件图5中排座椅安全带固定点强度分析33安全带固定点强度分析结果安全带固定点应力云图6中排座椅安全带固定点强度分析33安全带固定点强度分析结果c柱内板安装点处最大塑性应变0066小于材料dc03最大塑性应变0300安全带地板安装孔最大塑性应变0168小于材料dc04最大塑性应变02957中排座椅安全带固定点强度分析44结论综上安全带安装点各部件最大拉伸应变率均小于材料断裂拉伸率满足设计要求
4、结论--------------------------------------------------7
基于ABAQUS的安全带安装固定点强度试验仿真与分析
收稿日期：２０１９－１１－１７作者简介：杨晓萌（１９９５ ），男，硕士，主要从事汽车轻量化研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：２２４０９７７０６０＠ｑｑ ｃｏｍ㊂ＤＯＩ：１０ １９４６６／ｊ ｃｎｋｉ １６７４－１９８６ ２０２０ ０４ ００５基于ＡＢＡＱＵＳ的安全带安装固定点强度试验仿真与分析杨晓萌１，文大伟２（１ 武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉４３００７０；２ 中原工学院机电学院，河南郑州４５０００７）摘要：滑轨作为汽车座椅的功能件之一，不仅起着调节座椅前后方向距离的作用，安全带安装固定点也通过螺栓连接被固定在上滑轨部位，滑轨的品质对乘客的安全至关重要㊂通过ＡＢＡＱＵＳ软件的显式动力学算法，按照ＱＣ／Ｔ８０５ ２００８‘乘用车座椅用滑轨技术条件“，对某型号座椅滑轨进行安全带安装固定点强度仿真和分析，得出不同座椅滑轨材料强度的试验数据，找出合适材料以满足技术条件要求㊂关键词：座椅滑轨；ＡＢＡＱＵＳ显式动力算法；安全带安装固定点；强度中图分类号：Ｕ４６３ ８３＋６ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳａｆｅｔｙＢｅｌｔＦｉｘｅｄＰｏｉｎｔＳｔｒｅｎｇｔｈＴｅｓｔＢａｓｅｄｏｎＡＢＡＱＵＳＹＡＮＧＸｉａｏｍｅｎｇ１，ＷＥＮＤａｗｅｉ２（１ ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００７０，Ｃｈｉｎａ；２ ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｏｎｇｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＨｅｎａｎ４５０００７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｐａｒｔｓｏｆｔｈｅｃａｒｓｅａｔ，ｔｈｅｓｌｉｄｅｒａｉｌｎｏｔｏｎｌｙｐｌａｙｓａｒｏｌｅｉｎａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｆｒｏｎｔａｎｄｒｅａｒｄｉｒｅｃｔｉｏｎｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｅａｔ，ｂｕｔａｌｓｏｔｈｅｓｅａｔｂｅｌｔｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｆｉｘｉｎｇｐｏｉｎｔｉｓｆｉｘｅｄｏｎｔｈｅｕｐｐｅｒｓｌｉｄｅｒａｉｌｔｈｒｏｕｇｈｂｏｌｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｌｉｄｅｒａｉｌｉｓｃｒｕｃｉａｌｔｏｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｐａｓｓｅｎｇｅｒｓ．ＴｈｒｏｕｇｈｔｈｅｅｘｐｌｉｃｉｔｄｙｎａｍｉｃｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆＡＢＡＱＵＳｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＱＣ／Ｔ８０５ ２００８ＰａｓｓｅｎｇｅｒＣａｒ－ＴｅｃｈｎｉｑｕｅＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｌｉｄｅｆｏｒＳｅａｔ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓｅａｔｂｅｌｔｆｉｘｅｄｐｏｉｎｔｏｆａｃｅｒｔａｉｎｔｙｐｅｏｆｓｅａｔｓｌｉｄｉｎｇｒａｉｌ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｔｓｌｉｄｉｎｇｒａｉｌｍａｔｅｒｉａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ，ａｎｄｓｕｉｔａｂｌｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｆｏｕｎｄｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｌｉｄｅｒａｉｌ；ＡＢＡＱＵＳｅｘｐｌｉｃｉｔｄｙｎａｍｉｃｓ；Ｓｌｉｄｅｂｅｌｔｆｉｘｅｄｐｏｉｎｔ；Ｓｔｒｅｎｇｔｈ０㊀引言汽车工业作为经济全球化的重要产业之一，它极大地提升了机械㊁电子㊁材料等多产业的共同发展，是评价一个国家工业发展水平的重要标志㊂汽车座椅是连接乘客和汽车的关键部件，对保护乘客起到关键作用㊂滑轨作为调节座椅前后距离的功能件，在汽车受到碰撞等突发性事件中，其品质的优劣对乘客的安全尤为重要㊂本文作者针对某型号汽车座椅滑轨，按照ＱＣ／Ｔ８０６ ２００８‘乘用车座椅用滑轨技术条件“要求，通过ＡＢＡＱＵＳ显示动力学仿真算法对滑轨座椅安全带安装固定点强度进行有限元仿真，通过与试验结果对比，验证了有限元仿真的准确性，最后通过更换滑轨材料满足了标准要求㊂１㊀滑轨座椅安全带安装固定点强度技术条件根据ＱＣ／Ｔ８０６ ２００８要求，单支滑轨按图１所示方法进行试验，滑轨处于最后位置（有特殊要求除外）并锁止，测量固定点原始坐标㊂施加力沿滑轨水平向上５０ʎ方向，并检测固定点的位移量，试验后其结果应满足：单支滑轨施加拉力至１５０００Ｎ时，固定点的位移量不大于６０ｍｍ，零件连接无脱落或拉裂现象［１］㊂图１㊀单只滑轨安全带固定点测试２㊀单只滑轨有限元建模方法研究２ １㊀显式分析理论ＡＢＡＱＵＳ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔ应用中心差分方法对运动方程进行显式时间积分，应用一个增量步的动力学条件计算下一个增量步的动力学条件㊂在增量步开始时，程序求解动力学平衡方程，表示为Ｍ㊃㊆ｕ＝Ｐ－Ｉ式中：Ｍ为节点质量矩阵；㊆ｕ为节点加速度；Ｐ为施加的载荷向量；Ｉ为单元内部力向量㊂在当前增量步开始时（ｔ时刻），计算加速度为㊆ｕ（ｔ）＝（Ｍ）－１㊃（Ｐ－Ｉ）（ｔ）由于显式算法总是采用一个对角的（集中）质量矩阵，因为其逆矩阵计算简单，所以求解加速度并不复杂，不必同时求解联立方程㊂任何节点的加速度完全取决于节点质量和作用在节点上的合力，使得节点计算的成本非常低㊂对加速度在时间上进行积分，采用中心差分方法，在计算速度的变化时假定加速度为常数㊂应用这个速度的变化值加上前一个增量步中点的速度来确定当前增量步中点的速度ｕ㊃（ｔ＋Δｔ／２）＝ｕ㊃（ｔ－Δｔ／２）＋（Δｔ（ｔ＋Δｔ）＋Δｔ（ｔ））２㊃㊆ｕ（ｔ）速度对时间的积分并加上在增量步开始时的位移以确定增量步结束时的位移：ｕ（ｔ＋Δｔ）＝ｕ（ｔ）＋Δｔ（ｔ＋Δｔ）㊃ｕ㊃（ｔ＋Δｔ／２）这样，在增量步开始时提供了满足动力学平衡条件的加速度㊂得到了加速度，在时间上 显式地 前推速度和位移㊂所谓 显式 是指在增量步结束时的状态仅依赖于该增量步开始时的位移㊁速度和加速度㊂这种方法对加速度为常值的积分类型计算较为准确㊂为了使该方法产生精确的结果，时间增量必须相当小，这样在增量步中加速度可视为常数㊂由于时间增量步必须很小，一个典型的分析需要成千上万个增量步㊂但因为不必同时求解联立方程组，所以每一个增量步的计算成本很低㊂大部分的计算成本消耗在单元的计算上，以此确定作用在节点上的单元内力㊂单元的计算包括确定单元应变和应用材料本构关系（单元刚度）确定单元内力［２］㊂２ ２㊀构建模型座椅滑轨由上滑轨㊁下滑轨㊁安全带固定点安装板㊁保持架和滚珠㊁起滑轨锁止作用的牙刷板㊁固定滑轨的支撑脚和起连接作用的铆钉等组成㊂该型号座椅上㊁下滑轨采用１ ８ｍｍ厚的ＳＡＰＨ４４０钢板，安装板采用３ｍｍ厚的ＳＡＰＨ４４０钢板，起锁止作用的牙刷板为１ ８ｍｍ厚的ＨＣ４２０ＬＡ钢板，两种材料的力学性能如表１所示㊂表１㊀滑轨材料参数材料名称密度／（ｋｇ㊃ｍ－３）弹性模量／ＭＰａ泊松比屈服强度／ＭＰａ抗拉强度／ＭＰａＳＡＰＨ４４０７．９２１０００００．２８３２９４５０ＨＣ４２０ＬＡ７．９２１０００００．２８４２０５３０㊀㊀网格划分是有限元分析的重要步骤，网格大小对分析结果有很大影响㊂此试验碰撞时接触面积大，变形区域广，为保证计算效率和仿真结果的准确性，对上㊁下滑轨和牙刷板网格大小取１ｍｍ，并忽略影响网格质量的一些细小特征，安装板在保证安全带安装固定点位置准确的前提下将多个零部件合并，安装板网格大小取２ｍｍ㊂其他零件由于强度高㊁形变量小，对分析结果的影响可忽略不计，所以可以将它们视为刚体㊂在ＡＢＡＱＵＳ分析中由于不计算刚体单元的内力，所以网格大小只对零件形状有影响，不影响模型分析速度㊂此仿真过程中座椅滑轨仅发生塑性变形，接触应力未达到抗拉强度，网格不会发生破坏，所以在定义相互作用时采用Ｇｅｎｅｒａｌｃｏｎｔａｃｔ就可以获得比较准确的计算结果，对于上滑轨与下滑轨碰撞的接触部分采用更为准确的面－面接触的罚接触法，各零部件之间摩擦因数取０ １，采用实体铆钉连接㊂在安全带安装孔处分别用２个ＲＰ点耦合左右两个孔表面，对２个ＲＰ点施加水平向上５０ʎ方向１５０００Ｎ大小的力，力幅值曲线采用先增大后减小的趋势［３］，在两个脚支架安装孔上施加完全固定约束㊂分析运用显式动力学算法，分析步时长取０ ００５ｓ㊂有限元模型如图２所示㊂图２㊀滑轨有限元模型２ ３㊀结果分析座椅滑轨变形过程如图３所示㊂图３㊀滑轨安全带安装固定点强度仿真变形过程应力示意㊀㊀在碰撞过程中，在滑轨导槽拐角处的接触应力最大㊂上滑轨导槽外壁在与下滑轨接触过程中先发生折弯变形，变形造成导槽外壁向下弯折接近９０ʎ，然后下滑轨导槽内壁向上弯折，翻折角度接近９０ʎ，下滑轨导槽内壁被翻出，同时上滑轨导槽内壁亦逐渐发生弯折变形，最终上滑轨从下滑轨中脱离㊂安全带安装固定点处的位移－时间曲线和载荷加载曲线如图４所示，在ｔ＝０ ００４ｓ时，安全带安装固定点位移量已超过６０ｍｍ，已经不满足技术条件要求㊂其后随着时间的增加，由于上滑轨从下滑轨中脱离，安装固定点位移量有继续增长的趋势㊂图４㊀材质为ＳＡＰＨ４４０钢时安全带安装固定点位移时间曲线滑轨材料是厚度为１ ８ｍｍ的ＳＡＰＨ４４０钢，试验结果与仿真结果对比如图５所示㊂试验所用滑轨与仿真用滑轨结构略有差异 上滑轨牙刷板锁止处采用全挖设计，导致该处力学强度较低，碰撞后上滑轨后端整段被折起，而上滑轨前半部分影响较小，造成与仿真结果有所不同㊂但上㊁下滑轨导槽部分碰撞后的变形情况与仿真结果一致，验证了仿真结果的可靠性㊂由以上结果可知，由于滑轨的材料强度不足，导致滑轨变形严重，使得仿真和试验结果不能满足技术条件要求㊂针对此问题，常用的解决方案有：方案一，改进滑轨结构；方案二，使用更高强度的钢板材料㊂针对方案一，滑轨属于冲压件，且变形多发生在折弯处，不适宜通过增加加强筋来提高弯折处的结构强度㊂增加滑轨的钢板厚度可增强折弯处的吸能能力，目前滑轨用钢板厚度通常为１ ５ ２ ０ｍｍ，文中所研究滑轨钢板厚度为１ ８ｍｍ，若改为２ ０ｍｍ，由仿真结果得知滑轨的力学性能提升并不明显，并且导致滑轨质量增加了１４ ２％，不符合当今汽车轻量化的趋势㊂针对方案二，ＳＡＰＨ４４０钢抗拉强度在４５０ＭＰａ左右，在滑轨用钢中属于强度较低的一种，目前滑轨用钢抗拉强度有的甚至达到了９００ＭＰａ以上㊂因此，针对该型号滑轨，更换强度更高的钢材是最有效的选择㊂目前国内市场滑轨用钢多为ＤＰ双相钢系列和ＨＣ低合金高强度钢系列㊂下文通过更换ＨＣ５００ＬＡ㊁ＨＣ６６０ＬＡ和ＤＰ７８０三种钢对滑轨强度再进行仿真分析㊂高强钢的材料参数如表２所示㊂图５㊀试验结果与仿真结果对比表２㊀高强钢材料性能参数材料名称密度／（ｋｇ㊃ｍ－３）弹性模量／ＭＰａ泊松比屈服强度／ＭＰａ抗拉强度／ＭＰａＨＣ５００ＬＡ７．９２１０００００．２８４８１５４５ＨＣ６５０ＬＡ７．９２１０００００．２８６９５１０１７ＤＰ７８０７．９２１０００００．２８５３６８７０２ ４㊀优化结果分析ＡＢＡＱＵＳ的显式动力算法仿真结果如图６所示，安全带安装固定点位移曲线如图７所示㊂由应力云图可知，虽然３种材料在分析步时间内均未出现上滑轨从下滑轨中脱离的现象，但３种材料的滑轨形变量有所不同㊂ＨＣ５００ＬＡ屈服强度为４８１ＭＰａ，在分析结束后上滑轨导槽外壁在下滑轨的阻碍下弯折了近１８０ʎ，下滑轨导槽内壁也被翻出，上滑轨近乎从下滑轨中脱离，在上滑轨导槽处应力仍然集中，从安全带安装固定点位移时间曲线看，在加载力趋于零的分析时间终了阶段，位移曲线虽趋于平缓，但仍有上升趋势，说明滑轨仍有继续变形的趋势，不建议使用㊂更换为ＤＰ７８０钢的上滑轨导槽外壁和下滑轨的导槽内壁弯折角度在４５ʎ左右，位移曲线在ｔ＝０ ００４ｓ后趋于平稳，在分析步时间结束阶段有上升趋势是由于滑轨发生塑性变形的影响，在时间结束时位移量为３５ｍｍ，满足技术条件要求㊂ＨＣ６６０ＬＡ滑轨仅发生轻微形变，滑轨在ｔ＝０ ００２５ｓ载荷卸去后形变逐渐趋于稳定，应力分布均匀，安全带安装固定点位移量为２２ｍｍ㊂综上分析，虽然以上３种材料的滑轨均能满足技术条件要求，但ＤＰ７８０和ＨＣ６６０ＬＡ的形变量较小，更为安全㊂图６㊀不同材料计算结果比较图７㊀不同材料安全带安装固定点位移时间曲线３㊀结论以某型号汽车座椅滑轨为例，通过ＡＢＡＱＵＡ显式动力学算法，按照ＱＣ／Ｔ２０８ ２００８技术条件对单个座椅滑轨安全带安装固定点强度进行有限元仿真㊂通过将仿真结果与试验结果对比，发现滑轨导槽变形情况与试验结果高度相似，验证了有限元仿真的可靠性㊂针对仿真结果，提出更换滑轨材料的改进方案，通过更换ＨＣ５００ＬＡ㊁ＤＰ７８０与ＨＣ６６０ＬＡ等材料观察应力云图和安全带固定点位移时间曲线发现ＤＰ７８０和ＨＣ６６０ＬＡ材料满足技术条件要求㊂ＡＢＡＱＵＳ显式动力学算法的模拟结果与试验结果高度相似，可以作为零件设计性能评判的指导依据，与周期长㊁成本高的试验过程相结合，可大大缩短研发周期，成为工程师结构设计的有力工具㊂参考文献：［１］全国汽车标准化技术委员会．乘用车座椅用滑轨技术条件：ＱＣ／Ｔ８０５ ２００８［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２００８．［２］王鹰宇．Ａｂａｑｕｓ分析用户手册：分析卷．［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１７．［３］朱江，汪宇．汽车座椅滑轨安全性能试验分析［Ｊ］．汽车零部件，２０１７（６）：７７－７９．ＺＨＵＪ，ＷＡＮＧＹ．Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｅａｔｓｌｉｄｅｒａｉｌｓａｆｅｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰａｒｔｓ，２０１７（６）：７７－７９．束紧电动汽车充换电设施 安全绳北京市城市管理委员会近日正式印发‘北京市电动汽车社会公用充换电设施安全生产管理办法（试行）“（以下简称‘办法“）㊂ 这是全国首个省级地方政府的行业主管部门专门针对公共充换电设施的安全生产管理办法㊂ 中国电动汽车充电基础设施促进联盟技术和认证部主任刘锴接受科技日报记者采访时说㊂国家统计局数据显示，２０１８年国内新能源汽车销量为１２５ ６万辆，同比增长６１ ７％㊂其中，２０１８年纯电动车的销量近９８万辆㊂按照节能与新能源汽车产业发展规划（２０１２ ２０２０年），２０２０年我国新能源汽车的生产能力将达到２００万辆，产销量累计超过５００万辆㊂在国家大力发展新型基础设施建设背景下，作为新基建之一的新能源汽车充电桩建设将迎来一个快速增长期㊂在新能源汽车发展中，充电桩建设被认为是必不可少的一环，也是最关键的因素㊂作为纯电动乘用车和公共充电设施保有量均长期位居全国前列的省市，北京更加注重充电基础设施建设由量向质的发展是情理之中㊂ 刘锴告诉记者，该办法的出台无异于束紧电动汽车充换电设施的 安全绳 ㊂（来源：‘科技日报“）。
汽车座椅安全带固定点强度研究
汽车座椅安全带固定点强度研究此文章是发布者的版权，请别人不要拿文章去凭职称，如果拿着发布者的版权评职称，会告侵权发表者，直到没工作为止摘要：本文对安全带固定点加强方面的要求以及具体试验结果进行了分析，以期为汽车安全座椅固定点强度设计提供有建设性的参考。
关键词：汽车座椅；安全带固定点强度；要求；试验在制造的过程中，汽车座椅不不但要让乘客享受到舒适性，还要能保护乘客的生命安全，因而在设计汽车座椅安全带的固定点时，安全带固定点的强度要和相关的法律规定相符合。
一、关于安全带固定点强度方面的相关要求1关于安全带固定点方面的法规是GB 14167-2013，其中详细规定了M1类车座椅安全带的形式和配置以及试验方法等。
( 1) 对车内座椅来说，三点式安全带是都要使用的，而且要同时试验同一组座椅的全部安全带固定点。
( 2) 我们由图1可以看出，其中的上下人体模块，顺着平行车辆纵向中心平面和水平线保持向上( 10 ±5) °的方向，要向座椅安全带固定点施加( 13 500 ±200) N 的载荷。
( 3) 如果有一个或多个安全带固定点位于座椅上，就要附加相当于座椅总成重量20 倍水平的前向载荷在座椅质心的高度。
图 1 安全带试验加载示意图2关于三点式安全带和两点式安全带的试验比较如图2 以及表1所示，按照相关法规，对于不同类型的车辆来说，在进行试验时也会有不同的载荷施加于安全带和座椅上。
图 2 施加载荷示意图表1 载荷分布我们由表1可以看出，对于两点式安全带以及三点式安全带来说，它们具有不同的腰部施加载荷，这就表示由两点式安全带变为三点式安全带后，其固定点的强度要求也会出现变化。
二、分析M1类车的安全带固定点强度1 布置M1类车的安全带对于M1类车来说，无论是两厢车还是三厢车，又或者是SUV 车型，其布局一般都是前后两排5个人的座位，如图3所示，前排是2人，分别为驾驶员和副驾驶员，后排是3人乘坐。
某车型安全带固定点强度分析及结构优化
Reports汽车工业研究·季刊2020年第3期某车型安全带固定点强度分析及结构优化▶◀……………………………………………………………………………谷昆仑郝朝利程啸引言随着我国汽车行业设计制造水平和大众消费水平的不断提高，人们对整车被动安全性能的要求越来越高。
安全带是汽车被动安全中的一个重要组成部分，其安装固定点的强度既是被动安全的一个关键指标，同时又是车辆公告试验强制检查项目。
GB14167-2013针对安全带固定点有专门的具体的设计要求、试验方法和评价标准。
法规要求：在规定的时间内，持续按规定的力加载，允许固定点或周围区域有永久变形，包括部分断裂或产生裂纹，安全带不得从安装固定点脱落，并且上部有效固定点向前位移不得超过允许的范围[1]。
传统的开发流程通过大量的试验反向验证设计的正确性，不仅开发周期长，还增加了设计成本；通过仿真分析来改进结构，可以提高产品设计效率，缩短开发周期，减少试验次数，降低设计成本。
本文基于公司自主研发的某款乘用车后排座椅安全带固定点，使用显式有限元分析方法，按照GB14167-2013的试验要求加载，对安全带固定点强度进行CAE分析，为结构设计及优化提供依据。
有限元模型基于三维软件CATIA 完成汽车后排座椅、安全带、假人上肢和臀部的几何建模，截取白车身部分模型，通过前处理软件搭建有限元模型[2,3]；有限元模型的零部件主要网格尺寸的大小为5mm ，同时为了提高CAE 分析的精度，对安全带固定点的关键受力区域的网格进行细化，并使用全积分单元；对白车身相关的钣金件采用shell 单元建立白车身有限元模型，焊点采用MAT100材料的HEXA 单元进行模拟，安全带固定点处的螺栓采用实体单元模拟，其余处的螺栓采用Rigid 单元进行模拟。
根据各组件之间的实际接触情况，在仿真模型里定义相应的图1后排安全带固定点强度有限元模型35Reports汽车工业研究·季刊2020年第3期接触关系，包括板件之间的自接触、焊点与板件间的绑定、人体模块与安全带、螺栓与板件之间的面面接触等[4,5]。
汽车座椅安全带固定点强度分析及骨架轻量化设计
图 5 主驾座椅左后脚应变 图 6 副驾座椅上固定点应变
图 3 主驾安全带上固定点应变
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计
时代汽车
脚 处 的 强 度， 座 椅 左 后 安 装 脚 处 的 材 料 由 SCM435 改 为 QSTE420， 厚 度 由 2.5mm 改 为 3.0mm，如图 9 所示。对改进后的模型重 新进行安全带固定点的强度分析，如图 10 所 示，计算应变 0.046，而抗拉应变为 0.2，故 安全带固定点的强度满足要求。 图 9 改进模型
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计
汽车座椅安全带固定点强度分析及骨架轻量化设计
符大兴 1 李登云 1 刘华官 1 莫先培 1 韦晶晶２ 1. 上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545007 2. 武汉理工大学 汽车工程学院 湖北省武汉市 430070
摘 要：本文以某款乘用车为研究对象，主要研究其中排独立座椅安全带固定点的强度及座椅骨架的轻量化。根据 安全带固定点的强度试验要求，本文建立了中排座椅安全带固定点的有限元模型，并进行了 CAE 分析；并 对满足法规要求的中排座椅骨架进行轻量化设计，减轻了座椅骨架的重量；最后对优化后的座椅骨架进行 试验验证，结果表明减重后的座椅骨架满足强度要求，此减重方案是可行的。
3 安全带固定点的强度分析
3.1 有限元模型的建立 本次研究选择某车型中排左独立座椅安 全带固定点模型进行强度分析，考虑到中排
座椅安全带固定点在车身，采用壳单元建立 白车身有限元模型，其单元网格尺寸大小定 为 10mm。此外，在符合精度要求的条件下， 再针对安全带固定点的受力情况，在局部优 化安全带固定点受力区域的网格，本文中白 车身钣金件之间的焊点均是采用 Beam 单元， 座椅骨架模型有 81760 个单元，87434 个节点。 有限元模型如图 1 所示。
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A B AQUS在汽车座椅安全带固定点强度分析中的应用
王 力， 郑 颢，陈炳圣，杨 蔓
广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院 广州 510640
摘要：本文建立了汽车白车身、座椅以及安全带系统有限元模型，应用ABAQUS软件的Explicit求解模块，进行汽车安全带固定的强度分析。
然后进行了安全带固定点的相关试验，试验表明仿真结果的准确性，验证了运用有限元显示积分方式分析汽车座椅安全带固定点强度的方法。
该方法可以适用于类似的准静态强度分析，用于分析一些规模较大的，隐式积分收敛比较困难的模型。
关键词：有限元、强度，安全带，固定点
Implementation of ABAQUS in analysis of automotive seat
belt anchorage strength
Wang Li，Zheng Hao，Chen Bing-sheng，Yang Man
Guangzhou Automobile Group Co.,Ltd Engineering Institute, Guangzhou 510640,China Abstract: The finite element model of BIW（Body in white），seat and the belt anchorage system is established. Implementing the Explicit module of ABAQUS to analyze the strength of the seat belt anchorage system. Furthermore, the test of the seat belt anchorage is carried out to validate the explicit analysis method of seat belt anchorage strength. The explicit analytical method is suitable for quasi-static strength problems, especially for analyzing the models which is larger and difficult to simulate by using the implicit integration.
Keywords: Finite Element, Strength, seat belt, belt anchorage
0 引言
汽车安全带固定点强度是车辆《公告》强制性要求的试验项目，汽车安全带固定点强度必须达到规定的要求。
在汽车被动安全标准中，汽车安全带固定点是一个重要的标准。
GB 14167—2006 《汽车安全带固定点》[1]中要求，在试验载荷下，汽车安全带固定点强度要求安全带不得从安装固定点处脱落，但是允许安装带固定点或周围区域产生永久变形，包括部分断裂或者产生裂纹。
应用CAE技术在产品设计时，可以对产品性能进行模拟和预测。
通过仿真的结果，来指导产品的设计和改进，可以优先的提高产品设计效率，减少试验次数，降低设计成本。
本文建立了汽车白车身、座椅及安全带的有限元模型，应用ABAQUS软件的显示分析模块Explicit分析了某汽轿车的后排座椅安全带固定点强度，为产品工程师提供了有效的设计参
考。
1 有限元模型的建立
首先建立白车身有限元模型。
整个白车身模型用壳单元划分网格，共划分614375个单元，638149节点，其中四边形单元583838个，三角形单元30537个，三角形单元占总单元比例为4.9%。
本分析是后排安全带固定点的强度，因此为了提高计算效率，截取后半部分白车身来分析。
同时结合GB 14167—2006 《汽车安全带固定点》中的要求，截取后的白车身约束点与安全带固定点之间的距离不小于500mm 。
如图1所示。
图1 截取后白车身模型示意图
建立座椅有限元模型。
本分析主要是研究安全带固定的强度，因此座椅采用简化有限元模型即可[2]。
图2所示是本分析所用的有限元模型。
为了减少计算时间，在不影响安全带固定点强度的前提下，本分析中将座椅模型设置为刚体。
刚体设置的关键字如下： *RIGID BODY , REF NODE = 914272, ELSET = rear_seat
图2 座椅简化模型
安全带有限元模型：采用2D 壳单元模拟安全带，单元类型为S4R [3]，尺寸为20mm 左右。
如图3所示。
图3 安全带单元
安全带安装带的位置分布如图4所示。
后窗台上三个点为后排安全带卷收起安装点，通过一个卷收起支架固定在后窗台钣金上。
下安全带全部安装带后地板上，共有4个安装点，且根据座椅的位置合理分布。
图4 安全固定点
2 边界条件的确立
根据国标的要求，对白车身进行约束。
由于本分析截取了半个白车身，因此在截面处约束，保证车身6个自由度均被固定。
约束方式如图5所示。
图5 白车身约束方式
按照标准GB14167—2006《汽车安全带固定点》[1]中的规定，沿平行于车辆行驶方向（即整车坐标系X方向）且与水平面成向上10°±5°的方向施加载荷。
利用模拟织带对上人体模块施加13500N±200N的试验载荷，与此同时对下人体模块施加13500N±200N的试验载荷。
该标准中同时还要求，除施加以上载荷，另外要在座椅处施加相当于座椅总成质量20倍的
力，载荷施加于座椅总成的重心位置。
本分析中施加的座椅载荷为6000N。
载荷施加方式如图6所示。
图6 载荷施加示意图
3 仿真结果与试验
对于本分析而言，如果采用隐式分析方法，由于模型规模较大，迭代比较多，结果不易收敛。
而显式方法在处理类似问题时具有更高的效率。
因此本分析采用ABAQUS 的非线性显式分析方法。
在这个分析过程中，系统的能量曲线如图7所示。
分析结果可见系统动能与内能之比小于5%，表明仿真结果的合理性[4]。
图7 系统能量曲线
图8~9是安全带上固定点的应力和塑性应变云图。
从图8可见，安全带上固定点处，施加试验载荷后，最大应力为270MPa ，而该位置钣金材料的屈服强度为220MPa ，材料发生了塑性变形。
图9是等效塑性变形云图，从图中可见，最大塑性应变为7%。
材料的断后伸长率为30%，表明此处尚未发生完全断裂，符合标准GB14167—2006《汽车安全带固定点》中的要求。
图8 安全带上固定点应力云图（单位：MPa）
图9 安全带上固定点塑性应变云图
安全带的四个下固定点安装在后地板上。
地板的材料为冲压用成型钢，屈服极限为210MPa，断后伸长率为40%。
图10是下地板应力分布云图，可见在试验载荷下，中间两个安全带安装点附近应力较大，最大应力为300MPa，超过材料的屈服极限。
参考图11所示的塑性应变云图，可知最大应力处的塑性应变为14.8%，小于材料的断后伸长率，说明该位
置的材料尚未完全断裂。
图10 安全带下固定点应力云图（单位：MPa）
图11 安全带下固定点塑性应变云图
以上分析结果，表明在试验载荷条件下，安全带固定点均发生了明显的永久变形，上固定点的最大塑性应变为7%，下固定点的最大塑性应变为40%，均小于材料的断后伸长率，说明材料并未发生完全断裂，则安全带不会完全脱落。
结果符合国标GB14167—2006中规定，即：安全带不得从安装固定点处脱落，但是允许安装带固定点或周围区域产生永久变形。
经过仿真分析后，得到了参考结果，后按照国标的要求进行了相关的试验，验证结果是否可靠。
这样可以避免盲目试验，减少试验次数，降低设计成本。
如图12所示，为试验加
载现场图片。
图12 安全带固定点强度试验示意图
试验结果表明，该座椅安全带固定点满足标准的要求，固定点未发生完全断裂脱落。
试验结果验证了仿真分析的准确性。
4 结论
本文探讨了安全带固定点分析的重要性，利用ABAQUS的显式非线性分析方法，结合国家标准的要求，建立了白车身、座椅及安全带的有限元模型，并进行强度分析。
计算结果表明，该安全带固定点符合国标的要求。
仿真分析后，进行了相关的试验，试验结果表明该安全带固定点强度符合国标要求，验证了仿真分析的准确性。
该分析方法可为类似的模型较大的准静态强度分析提供参考。
参考文献
[1] GB14167—2006.汽车安全带固定点[S].
[2] 杜子学,文孝霞.汽车安全带固定点强度分析与优化[J].重庆交通大学学报,2004,Vol.23,No.5：
99~101.
[3] DS SIMULIA.ABAQUS Analysis User's Manual.
[4] 庄 茁，张 帆等编著.ABAQUS非线性有限元分析与实例[M].北京：科学出版社，2005：391.。