汽车座椅滑车碰撞有限元分析与试验研究
简单座椅侧面碰撞有限元仿真研究
关键词 ： 座椅 ； 侧面碰撞 ； 吸能特性 ； 真 仿
中图 分 类号 ：Ｂ ４ Ｔ ２ 文 献标 识 码 ： Ｂ
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汽车碰撞仿真模拟对车辆座椅调整设计的影响研究
汽车碰撞仿真模拟对车辆座椅调整设计的影响研究随着汽车行业技术的不断进步，人们对汽车安全性能的要求也越来越高。
在汽车设计中，座椅的调整和设计成为关键的安全因素之一。
本文将研究汽车碰撞仿真模拟对车辆座椅调整设计的影响，以探究如何提高汽车的安全性能。
1. 引言车辆碰撞是发生交通事故时的一种常见情况。
座椅的调整对车辆乘坐者的保护起到至关重要的作用。
因此，在汽车设计中，如何利用碰撞仿真模拟数据来改进座椅设计，减少乘坐者在碰撞过程中承受的冲击力是一个关键问题。
2. 碰撞仿真模拟技术碰撞仿真模拟技术是一种通过计算机模拟车辆碰撞过程的方法。
它可以模拟汽车在不同碰撞情况下的运动轨迹和变形情况，为汽车设计师提供参考数据。
通过碰撞仿真模拟，我们可以了解车辆在碰撞时座椅的响应情况，并根据仿真结果进行相应的调整和优化设计。
3. 座椅调整设计对汽车碰撞安全性能的影响座椅调整设计是一项涉及座椅位置、角度、高度等参数调整的工作。
通过碰撞仿真模拟，我们可以评估不同座椅调整设计对汽车碰撞安全性能的影响。
3.1 座椅位置调整的影响座椅位置调整是指调整座椅相对于车身的位置。
通过碰撞仿真模拟，我们可以评估不同位置调整对乘坐者的保护程度。
研究结果表明，合适位置的座椅可以减少乘坐者在碰撞过程中受到的冲击力，从而提高乘坐者的安全性能。
3.2 座椅角度调整的影响座椅角度调整是指调整座椅的坐姿角度。
通过碰撞仿真模拟，我们可以评估不同角度调整对乘坐者的保护程度。
研究结果表明，在碰撞过程中，合适角度的座椅可以减少乘坐者脊柱和颈部的受力，从而降低乘坐者受伤的风险。
3.3 座椅高度调整的影响座椅高度调整是指调整座椅相对于地面的高度。
通过碰撞仿真模拟，我们可以评估不同高度调整对乘坐者的保护程度。
研究结果表明，合适高度的座椅可以减少乘坐者头部的受力，从而减少头部受伤的风险。
4. 座椅调整设计的优化方法在汽车设计中，我们可以通过改进座椅调整设计来提高车辆碰撞安全性能。
汽车座椅安全性设计与碰撞测试分析
汽车座椅安全性设计与碰撞测试分析一、引言随着汽车产业的快速发展和人们对行车安全的日益关注，汽车座椅的安全性设计和碰撞测试成为了重要的研究领域。
本文旨在通过对汽车座椅安全性设计与碰撞测试的分析，探讨如何提升汽车座椅的安全性能，以更好地保护驾驶员和乘客的生命安全。
二、汽车座椅设计原则为了确保汽车座椅的安全性，设计师需要遵循以下原则：1. 强度与刚度：汽车座椅结构应具备足够的强度和刚度，以承受碰撞时产生的冲击力。
通过选用高强度材料和优化结构设计，可以提高座椅的抗碰撞性能。
2. 舒适性：舒适性是汽车座椅设计的基本要求，但也不能牺牲安全性能。
座椅的设计应考虑到驾驶员和乘客的体型特征，提供良好的支撑和适当的缓冲，最大限度地减轻碰撞时对乘坐者的伤害。
3. 颈椎保护：颈椎是碰撞时最容易受伤的部位之一，座椅设计应考虑到颈椎的保护。
通过安装可调节的头枕和采用能吸收冲击力的材料，可以减少颈椎受伤的风险。
三、汽车座椅碰撞测试方法汽车座椅的安全性能需要通过碰撞测试来评估和验证。
常用的碰撞测试方法包括正面碰撞测试、侧面碰撞测试和后部碰撞测试。
1. 正面碰撞测试：正面碰撞测试模拟了车辆正面与障碍物发生碰撞的情况。
测试时，座椅应能够有效吸收和分散冲击力，减少驾驶员和乘客的伤害。
常用的测试指标有胸骨加速度、腿部载荷等。
2. 侧面碰撞测试：侧面碰撞测试模拟了车辆侧面与障碍物或其他车辆发生碰撞的情况。
座椅设计应注重侧面碰撞的保护，减少骨盆和胸部受伤的风险。
测试指标包括骨盆加速度、肋骨压伤值等。
3. 后部碰撞测试：后部碰撞测试着重考虑座椅在追尾事故中的保护效果。
座椅的背部和头枕设计应能有效减少颈部受伤的可能。
常用的测试指标有颈椎加速度、头部滞留时间等。
四、汽车座椅安全性设计创新为了不断提升汽车座椅的安全性能，设计师们进行了大量的创新研究。
以下是几个常见的创新设计：1. 主动安全设计：通过在座椅中加入传感器和控制装置，实现座椅的主动保护。
城市客车座椅动态碰撞的仿真与试验研究
城市客车座椅动态碰撞的仿真与试验研究城市客车是现代城市交通中重要的运输设施之一，座椅的安全性对乘客的出行舒适和安全至关重要。
针对城市客车座椅的动态碰撞问题，进行了仿真与试验研究。
通过有限元分析软件，建立了城市客车座椅的有限元模型，考虑了座椅的材料特性和结构特点。
在建模时，采用了真实座椅的一些零部件及其材料参数进行建模，并采用ANSYS软件进行模拟，模拟结果采用虚拟动态制模拟模拟标准进行评估。
通过虚拟仿真分析，得到了城市客车座椅受到动态碰撞时的应力、应变等指标，可以对座椅在碰撞时的情况进行评估。
仿真结果表明，当城市客车发生碰撞时，座椅的应力和应变都较大，需要采取一些措施来降低碰撞对乘客座椅造成的影响。
为了验证仿真结果的可信度，我们进行了实验研究，使用滑移仪器和加速传感器对座椅的加速度和位移进行了测量。
实验结果与仿真结果相匹配，证明了我们所建立的有限元模型的可靠性。
在实验的基础上，我们进一步研究了城市客车座椅的保护措施。
我们发现，在座椅结构上加装一些保护装置（如头枕、腰靠等），可以有效地减小碰撞对座椅造成的影响。
总的来说，本文的研究为城市客车座椅的安全性提供了参考和建议，并且可以为座椅研发、材料选择和结构优化提供一些思路。
针对城市客车座椅的动态碰撞问题，我们可以从以下几个方面加以改善，提高其安全性：1. 优化座椅结构设计。
通过减小座椅的重量和改进座椅的结构，可以降低碰撞时座椅受到的应力和应变，提高座椅的安全性能。
同时，适当增加座椅的支撑和保护装置，也可以有效降低碰撞时对乘客的损伤。
2. 选择高品质的材料。
座椅材料的选择对座椅的安全性能有着重要的影响。
如采用高强度钢材或轻质材料，可以提高座椅的承载能力和安全性能，减少碰撞时的变形和损坏。
3. 标准化生产流程。
通过严格遵守公共交通工具座椅的制造标准，生产过程中进行严格的品质控制和检测，可以确保座椅满足要求的安全性能，减少因座椅质量不合格而造成的潜在安全隐患。
有限元分析方法在汽车碰撞研究中的应用
有限元分析方法在汽车碰撞研究中的应用作者：李博闻随着我国经济实力的不断增强，人们的物质生活水平日益提高，汽车已经逐渐成为人们的代步工具。
很多中国企业与外国跨国公司合作生产研发汽车产品。
我国的汽车年产量逐年攀升，生产制造水平也逐步提高。
纽约时报预测中国将成为世界上最大的汽车生产国。
私家汽车给人们带来了便利，让人们更充分的享受生活。
随着全世界汽车数量的迅速增加，汽车质量、驾驶技术问题及道路状况等多种因素合力作用结果，汽车交通事故已成为严重问题。
联合国世界卫生组织（WHO）提交的最新报告显示：近几年全球每年因交通事故造成死亡的人数多达约120万，另外还有数百万人在汽车事故中受伤致残。
面对这个严重的问题，各国的工程技术人员都在不遗余力的提高汽车的安全性能。
各国政府相应的制定了碰撞安全性能标准，具有代表性的有美国的FMVSS汽车碰撞安全法则、欧洲的ECE和EEC汽车碰撞安全法则。
目前最为人关注的碰撞试验为NCAP （NewCarAssessmentProgram）。
早期的被动安全性研究主要是通过大量的试验来进行，采用同样的碰撞过程反复进行，收集数据。
这样的试验方法需要相当长的时间。
发达国家每次汽车安全性能的试验都需要手工打造几十辆新车，人力、物力、财力都需要很大的消耗。
伴随着计算机技术的发展，原来不可能完成的大量参数有限元计算成为可能。
有限元计算分析方法运用到汽车的碰撞模拟仿真中，极大地降低了汽车的设计成本和研发周期，并且获得更为精确的数据对汽车结构进行下一步优化。
1汽车碰撞过程的特点汽车碰撞是汽车结构在极短的时间内(通常在100ms以内)，在剧烈碰撞冲击载荷作用下发生的一种复杂的非线性动态响应过程。
在汽车碰撞中，各种非线性的问题都涉及到了，既有结构发生大位移和大转动所引起的几何非线性，又有各种材料发生大应变时所表现的物理非线性(材料非线性)。
2非线性有限元理论在某一瞬间时，物体在空间所占据的区域V称为物体的构型。
汽车碰撞试验有限元仿真分析
汽车碰撞试验有限元仿真分析汽车安全一直是备受关注的话题，因为每年都有大量的交通事故发生，给人们的生命财产造成了巨大的损失。
因此，在汽车设计和制造的过程中，安全性是最重要的一项指标。
在产品研发和制造中，汽车碰撞试验是必不可少的环节。
这一试验的目的就是测试汽车在发生碰撞时的承载能力以及对乘客的保护程度。
最近，有限元仿真技术在汽车碰撞试验中的应用逐渐受到重视。
本文将介绍有限元仿真在汽车碰撞试验中的应用及其相关的技术和方法。
一、有限元仿真技术的介绍有限元仿真技术是一种通过计算机模拟材料或结构在外力作用下所产生的形变、应力和力学响应的虚拟分析方法。
它通过将材料或结构分割成许多小的部分，并在每个部分上建立数学模型，最终得到整个材料或结构的形变、应力和响应等各项参数。
因为有限元分析模型的建立和计算流程完全由计算机自动完成，因此大大提高了计算速度和计算精度，可以极大地减小试验成本和试验周期。
二、有限元仿真在汽车碰撞试验中的应用汽车碰撞试验可以在实验室内模拟汽车在交通事故中所受到的外力，并进一步测试汽车所能承受的最大外力，以及车内乘客的安全性。
在过去的几十年中，汽车制造商通过不断的试验、验证和改进，已经使得汽车的安全性能得到了极大的提升。
但是，汽车碰撞试验仍然是一项非常复杂和昂贵的任务。
因此，在汽车设计和制造的过程中，有限元仿真技术已经成为了一种非常重要的辅助手段。
在汽车制造中存在许多的零部件和车身结构，它们的材料和结构必须得到验证。
通过有限元仿真技术，可以在计算机上建立这些零部件和车身结构的三维模型，并对其进行分析。
在仿真分析中，需要考虑的因素包括外力、材料特性、零部件和车身结构的形状和大小、以及不同零部件之间的接触情况等。
这些因素会影响汽车在发生碰撞时的变形、应力和响应能力，因此，在有限元仿真中，需要尽可能准确地考虑所有的因素。
三、有限元仿真在汽车碰撞试验中的技术和方法1.材料模型的建立有限元仿真中材料模型是一个非常关键的因素，因为材料的特性会直接影响汽车在发生碰撞时的响应能力。
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。
汽车车身有限元分析与碰撞安全性能研究
汽车车身有限元分析与碰撞安全性能研究随着汽车行业的快速发展和人们对车辆安全性能要求的不断提高，汽车车身的有限元分析和碰撞安全性能研究成为当前汽车设计领域的重要课题。
有限元分析是一种借助计算机模拟数值计算的方法，可用于预测车身在碰撞中承受的应力、变形和破坏情况，从而评估汽车的碰撞安全性能。
汽车车身的有限元分析是基于有限元方法的应用，该方法通过将复杂的结构分为多个小的有限元单元，利用有限元理论和方法，对每个有限元单元进行力学分析，然后再整合到整个结构中。
这种方法可以较准确地模拟汽车车身在碰撞过程中的应力变化和变形情况，进而评估车身对碰撞的承载能力。
有限元分析在汽车车身设计中的应用可以提供以下几个方面的信息：首先，它可以预测车身在不同碰撞情况下的应力和变形情况，从而为车身结构的优化设计提供依据；其次，有限元分析可以评估车身在不同碰撞类型下对车上乘员的保护作用，进而指导车身结构的改进；此外，有限元分析还可以帮助设计师评估不同材料和结构设计对碰撞安全性能的影响，进而选择合适的材料和结构方案。
在进行有限元分析之前，首先要对汽车车身进行几何建模，将车身结构分成小的有限元单元，并设置合适的边界条件。
针对不同的碰撞载荷情况，需要选择适当的模型和材料参数。
然后使用有限元分析软件进行计算，对车身在碰撞过程中的应力变化和位移进行模拟，并进行结果分析和评估。
碰撞安全性能研究在汽车设计中扮演着至关重要的角色。
通过有限元分析，可以评估车身在不同碰撞类型下的变形情况和承载能力，并得出结论来指导车身结构的改进。
例如，可以通过优化车身结构，增加车身刚度和强度，以提高车辆在碰撞中的耐受能力。
此外，还可以通过优化各部件的布置和连接方式，以增强车身的整体刚度和抗变形能力。
碰撞安全性能的研究还可以帮助设计师选择合适的材料和结构设计方案。
例如，通过对不同材料和结构的有限元分析，可以评估它们在碰撞过程中的表现，并确定最优方案。
这有助于降低车辆的重量和成本，同时确保车辆在碰撞中的安全性能。
基于有限元分析的汽车碰撞模拟与优化设计
基于有限元分析的汽车碰撞模拟与优化设计随着汽车行业的不断发展，对汽车碰撞安全性能的要求也日益提高。
为了保障车辆乘员在碰撞时的安全，汽车制造商们经常使用有限元分析来进行汽车碰撞模拟与优化设计。
本文将探讨基于有限元分析的汽车碰撞模拟与优化设计的方法和意义。
一、有限元分析简介有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）技术是一种通过将结构离散为有限个较小的互相连接而成的单元，来模拟和分析结构的特性与行为的方法。
有限元分析技术广泛应用于工程、航空航天、机械制造、材料科学等领域，尤其在汽车工业中被广泛运用。
二、汽车碰撞模拟汽车碰撞模拟是指通过有限元分析技术对汽车在碰撞过程中的受力、变形、应力等情况进行数值模拟。
通过模拟分析，可以更好地理解汽车在碰撞过程中的物理行为，并对汽车结构进行优化设计。
在进行汽车碰撞模拟时，首先需要建立汽车的有限元模型。
有限元模型包括车身、车轮、发动机、底盘等各个部分，以及连接这些部分的螺栓、焊缝等。
模型的精细程度决定了模拟结果的准确性与细节表现。
然后，需要确定模拟的碰撞方案和条件，包括碰撞速度、角度、碰撞物体等，并根据实际情况设置有限元模型的边界条件。
这些条件将影响到模拟结果的准确性。
然后进行碰撞模拟计算，得到汽车在碰撞过程中的应力、变形等信息。
三、优化设计基于碰撞模拟的结果，可以对汽车结构进行优化设计，以提高汽车在碰撞时的安全性能和乘员保护能力。
优化设计的目标包括降低车辆受力水平，减小变形程度，提高抗碰撞能力等。
在进行优化设计时，可以通过在有限元模型上进行参数化设计，然后采用自动优化算法进行多次迭代，最终得到经过优化的汽车结构。
通过优化设计，可以使汽车在碰撞过程中吸收更多的能量，减少对乘员的冲击力，降低伤害风险。
优化设计不仅能够提高乘员的安全性，还可以减少事故造成的修车费用和人力资源损失。
四、冲击吸能装置的设计在汽车碰撞模拟与优化设计中，冲击吸能装置的设计是一个重要的方面。
轿车后排座椅的行李碰撞有限元分析与试验研究
如图 １ 所示 ， 车厢 内部 将 两个 规 格 为 ３０ 在 ０ｘ
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［ ｓｒｃ］Ｃ ｎ ｎｌ ｔｅｒａ ｅｔ ａｋｆ ｍｅｏ ｏｔｓｄｎ ｓｍ ｄ ｆ ｏ ｌ ａ ｄ ａｄｈ ａｙｔｂ Ａｂｔａｔ ｕ ＇ ｔ ｈ ｅｒｓａ ｂ ｃ ｒ ｆｍ ｓ ｅａ ｓｉ ａｅｏ ｍｐｉ ｔ ｎ ｅｖ ｕ ｅ＆ ｍ ｔ ｈｅ ｗ ｌｉｇ ｅ ｙ ａ ｃ ｃｅ ｅ ｌｓｅｔ ｅｄ ａ ｎ
架结构 ， 应用有限元分析进行行李碰撞研 究， 优化结构设计 ， 最终通过汽车行李箱碰撞的试验 。
［ 关键词 ］ 车后排座椅靠背骨架 ； 轿 行李碰 撞 ； 限元分析 ； 有 试验 ；
［ 中图分类号 ］ ４ １ １ Ｕ ６． ９ ［ 文献标志码 ］ Ａ ［ 文章 编号 ］１７ — １ ２２ １）８ ０ ５ — ５ ６ ３ ３ ４ （０ ２ — ０ ８ ０ ０
零 件 进 行 试 验 验 证 是 否 满 足 Ｇ １ ０ ３中 的行 李 Ｂ ５８
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安全汽车座椅设计与碰撞力学仿真分析
安全汽车座椅设计与碰撞力学仿真分析随着汽车的普及和交通事故的频繁发生，汽车的安全性越来越受到人们的关注。
其中，安全汽车座椅的设计对于人类的生命安全至关重要。
本文将会从碰撞力学的角度来探讨安全汽车座椅的设计以及仿真分析，以期为汽车制造商提供有益的参考。
第一部分：安全汽车座椅的设计原理为了使汽车乘客在发生碰撞时能够最大限度地避免受到伤害，安全汽车座椅的设计应遵循以下原则：1. 够结实：安全汽车座椅必须具备足够的结实性，使其能够承受车辆发生碰撞时的冲击力。
座椅的顶部和侧部的结构必须能够承受来自多个方向的冲击。
2. 能缓冲：安全汽车座椅的设计还应考虑如何缓冲车辆碰撞时产生的冲击力。
座椅的底部和背部应配备能够缓冲冲击的护垫。
3. 稳定舒适：座椅不仅要够结实和能缓冲，还要稳定舒适。
座椅的设计应遵循人体工程学原理，以保持乘客在坐姿时的合适姿势，使其身体在发生碰撞时不会扭曲或扭伤。
4. 隔离：安全汽车座椅的设计还应考虑碰撞时乘客受到的惯性力和外部环境对人体造成的损伤，以此设计出能够隔离乘客的座椅结构。
第二部分：碰撞力学仿真分析碰撞力学仿真是评估汽车座椅设计的最佳方式之一。
它可以通过计算车辆轻微碰撞时的情况来检查座椅的耐久性和可靠性，发现潜在的设计缺陷，从而做出改进。
而以下3D仿真模拟可用于对安全汽车座椅做出具体评价：1. 静态仿真：这种仿真模拟用来计算汽车座椅承受其设计负载所需要的支持。
它会模拟重力、扭曲和压缩等因素来完成这一任务，以求确认座椅是否稳定舒适。
2. 动态仿真：这种仿真可以通过模拟车辆运动来模拟汽车座椅在发生碰撞时的情况。
它通过采用非线性数学模型，研究碰撞时座椅和乘客身体的响应，以求确认座椅既能够支持身体，也能够吸收能量，保护乘客。
3. 优化仿真：这种仿真模拟在汽车座椅的设计阶段使用，在模拟过程中，计算机会将最佳的座椅模型与基于优化的算法相结合，以提高设计的效率。
第三部分：未来安全汽车座椅的发展趋势随着科技的不断发展，未来安全汽车座椅将会出现以下趋势：1. 无需安全带的座椅：将来可能会出现座椅采用气体操作，无需安装安全带，其底部可移动式垫子可以承受碰撞产生的冲击。
轿车前排座椅正面碰撞的有限元分析及试验研究
轿车前排座椅正面碰撞的有限元分析及试验研究
林聪
【期刊名称】《农业装备与车辆工程》
【年(卷),期】2012(50)9
【摘要】应用Hypermesh软件建立某型号轿车座椅骨架的有限元模型,应用LS-DYNA求解器根据GB11551-2003《乘用车正面碰撞的成员保护》的有关规定对50％假人进行前碰撞仿真分析和物理试验,仿真和试验结果均表明,座椅靠背在承受外来冲击力时,应力分布较均匀,最大变形位置不影响座椅的安全性能.
【总页数】4页(P32-34,38)
【作者】林聪
【作者单位】110180辽宁省沈阳市沈阳金杯江森自控汽车内饰件有限公司【正文语种】中文
【中图分类】U463.83+6
【相关文献】
1.正面碰撞中基于新型前排安全座椅的后排约束系统优化研究 [J], 洪亮;葛如海
2.正面碰撞中轿车前排头枕气囊对后排乘员的保护影响分析 [J], 洪亮;葛如海
3.轿车后排座椅的行李碰撞有限元分析与试验研究 [J], 林聪
4.一汽-大众迈腾轿车前排座椅调节功能失效 [J], 丛立国
5.汽车前排座椅正面碰撞的仿真分析及优化 [J], 赵民;周嘉伟;王宇;邵萌
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基于滑车碰撞试验的轿车座椅骨架轻量化研究
基于滑车碰撞试验的轿车座椅骨架轻量化研究宋增峰;赵晓昱;段端祥;张鑫【摘要】为获得某款轿车轻量化座椅骨架的滑车碰撞性能参数,并在该参数基础上对座椅骨架进行优化设计,根据滑车碰撞试验方法建立座椅骨架动态特性仿真模型,利用Ls-Dyna软件进行座椅骨架滑车碰撞试验仿真,得到轻量化座椅骨架的滑车碰撞性能参数和优化设计参数.结果表明,该轻量化座椅骨架完全满足滑车碰撞试验的强度要求,且经过优化设计进一步减重8.4％,为座椅轻量化及滑车碰撞试验提供了参考依据.【期刊名称】《上海工程技术大学学报》【年(卷),期】2018(032)003【总页数】6页(P250-255)【关键词】座椅骨架;轻量化;Ls-Dyna软件;滑车碰撞试验;优化设计【作者】宋增峰;赵晓昱;段端祥;张鑫【作者单位】上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海 201620;上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海 201620;上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海 201620;上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海 201620【正文语种】中文【中图分类】TH16;U463.83近年来,轻量化和安全性技术成为世界各国汽车行业发展的代名词.汽车轻量化技术不仅可以促进节能减排,而且能够有效提升新能源汽车续航里程.研究表明,每减少10%的汽车自重可减少5%的油耗,最多可减少20%的燃油消耗[1].现代汽车座椅主要包括靠背、靠枕、骨架、坐垫、悬挂和调节机构等部件[2],座椅整体质量占整车总质量的比例较大,对其安全性提出了更高的要求.因此,广大汽车座椅厂商开始着手研发质量更轻且安全性更高的汽车座椅,其方法之一就是利用质量更轻的复合材料代替金属材料[3]制造某些汽车座椅零部件,以此来达到减轻汽车座椅质量的目的.在追求汽车座椅轻量化的同时,必须满足国家法规中对汽车座椅动态强度的基本要求,但目前国内对复合材料汽车座椅动态性能的研究相对较少,缺乏复合材料汽车座椅动态性能试验参数,试验仿真分析方法尚不成熟,且在汽车座椅动态性能参数基础之上对座椅进行轻量化设计的方法也相对匮乏.基于以上分析,本文针对某款复合材料汽车座椅骨架模型进行了滑车碰撞试验,根据试验方法建立了座椅滑车碰撞仿真模型,并在滑车碰撞仿真试验性能参数基础上对座椅骨架进行了轻量化设计,为复合材料汽车座椅滑车碰撞试验分析及轻量化设计提供了参考.1 座椅滑车碰撞试验汽车座椅滑车试验是通过模拟、再现车辆在实际行驶过程中发生碰撞时的情形,把真实碰撞时产生的加速度波形施加给座椅系统,以综合评价汽车座椅系统的强度和安全性.各国汽车座椅安全法规标准如ECE法规[4]、FMVSS法规和GB 15083—2006等都对座椅滑车试验做出明确规定,要求试验前先按照实际装车情况把座椅固定在车身上或者固定在模拟车身的试验台架上,然后利用加速度发生装置对该车身或试验台架施加加速度,要求加速度发生装置在试验中所产生的加速度不能小于20g(g为重力加速度),对是否搭载假人进行试验不作要求,试验之前座椅的各调节装置应全部设置在最不利于座椅强度的位置.国家标准GB 15083—2006中还要求加速度发生装置在试验中产生的加速度在20g以上的作用时间不能小于30 ms,试验结束后座椅各零部件均不能发生强度破坏.座椅滑车碰撞试验时应力输出和加速度观测点的选取十分重要,若观测点选取合理,不仅可以减小试验误差,而且还可以为更好地校正有限元模型提供参考.一般需同时选取多个观测点,且观测点位置应选取在关键部位,即应力分布比较集中且方便测量的位置，如图1所示.图中观测点1为座椅靠背骨架与坐垫骨架连接处,观测点2、3为座椅撑脚与坐垫骨架连接处,观测点4为支撑管与坐垫骨架连接处,各观测点的应力都比较集中,仿真试验时输出各观测点应力随时间的变化曲线,可有效分析座椅在试验过程中的受力情况.试验中测得其滑车加速度曲线如图2所示,从加速度曲线中可以看出,加速度大于20g的时间超过30 ms,试验数据符合法规要求.图1 座椅各测点位置Fig.1 Position of seat observation points图2 座椅滑车碰撞试验加速度曲线Fig.2 Acceleration curve of seat seld impact test2 仿真分析2.1 仿真模型建立仿真分析的第一步是建立精确的有限元模型.由于座椅的几何模型比较复杂,包含众多的零部件,而且大部分座椅骨架都是用钣金冲压,然后利用焊接或者铆接进行装配,所以座椅骨架模型并不规则.壳单元网格的特点正好适用复杂的座椅模型,因为壳单元网格划分容易,它的精度也相对更高;同时壳单元网格更容易进行网格质量检查和修复,可以分析任何开口截面的扭转,模拟任何几何特征,因此该模型采用2D壳单元划分[5].根据汽车座椅滑车碰撞试验要求,模型中采用刚性板代替试验滑车,把座椅通过螺栓连接完全固定在刚性板上,同时取前文中的观测点作为应力输出点，建立的有限元模型如图3所示.图3 座椅滑车碰撞试验仿真模型Fig.3 Simulation model of seat seld impacttest为了对轻量化前后座椅骨架滑车碰撞性能参数进行对比分析,需要对原金属座椅模型和复合材料模型分别进行滑车碰撞试验仿真.由于轻量化座椅骨架模型部分零部件采用复合材料制作,而原金属座椅骨架全部采用金属制作,因此在进行滑车碰撞试验仿真分析时,需要对座椅骨架模型分别赋予相应的材料属性,其材料属性见表1. 从表1可以看出,座椅骨架零部件的材料主要包括4种,轻量化设计之前全部为金属材料,轻量化后的模型采用了T300/环氧914碳纤维材料部件代替了部分金属材料部件,轻量化前后各零部件材料及厚度属性见表2.表1 座椅骨架材料属性Table 1 Properties of seat frame material材料密度/(kg·m-3)杨氏模量/MPa泊松比屈服极限/MPa强度极限/MPaQ2357 8602.10×1050.282353753047 9301.95×1050.25205520DP350/6007 9902.10×1050.30350600T300/环氧9141 550—0.30—390表2 座椅骨架零部件尺寸参数Table 2 Size parameters of seat frame parts编号零部件材料厚度/mm1靠背骨架DP350/600(原始模型)T300/环氧914(轻量化模型)2.54.82骨架连接板30433坐垫骨架DP350/600(原始模型)T300/环氧914(轻量化模型)2.54.84支撑管Q23535座椅撑脚Q23546撑脚连接板3043 2.2 试验仿真结果分析利用显式时间积分有限元理论对模型进行求解,为提高计算效率和大变形问题求解的准确性,采用单点积分算法,通过沙漏黏性阻尼控制沙漏模式[6].经过单元离散,采用单元虚功原理变分列式组集后得到运动方程(1)其中：M为质量矩阵;为节点加速度列阵;P(tn)为外力向量列阵;Fint(tn)为内力矢量;H(tn)为沙漏阻力;为节点速度列阵；tn为时间节点.采用显式时间差分法来求解该方程.为确保动态仿真结果的准确性,在给模型施加载荷时,直接把试验测得的滑车加速度曲线导入给代替滑车模型的刚性平板,对座椅施加碰撞试验时的速度值,并对座椅模型赋予重力加速度,利用Ls-Dyna软件进行仿真计算.1) 原金属座椅模型计算结果座椅滑车试验属于动态试验,在试验过程中座椅的应力分布会随时间变化而变化,座椅应力随时间的变化曲线如图4所示.图4 原座椅模型应力随时间的变化曲线Fig.4 Stress-time curve of original seat model从观测点的应力输出曲线图中可以看出,仿真过程中座椅应力从开始便急剧增加，到22 ms左右时应力值达到最大，之后应力值迅速衰减且发生波动.在整个仿真分析过程中,最大应力值为311.1 MPa,此时应力主要集中在座椅靠背骨架上,坐垫骨架应力分布相对较小,随着试验的进行,应力逐渐向其他零部件进行扩散,仿真过程中的最大应力如图5所示.图5 座椅滑车碰撞试验的最大应力Fig.5 Maximum stress of seld impact test 可以看出,在整个仿真分析过程中座椅的最大应力为311.1 MPa,最大应力位置集中在座椅靠背骨架上,座椅所受的应力值始终处于材料的强度极限范围内,座椅各零部件并未发生失效,满足国家试验法规要求.2) 轻量化座椅模型计算结果在相同试验条件下对T300/环氧914碳纤维座椅骨架模型进行计算，试验过程中座椅应力随时间的变化曲线如图6所示.图6 轻量化模型应力随时间的变化曲线Fig.6 Stress-time curve of lightweight seat model由应力输出曲线图可以看出,座椅骨架所受应力同样从开始便急剧增大,最大增幅出现在23 ms之前,之后应力迅速衰减并出现波动，70 ms后总体趋势趋于平稳.在23 ms左右时座椅骨架应力值达到最大,最大应力值为279.1 MPa,应力同样集中在座椅靠背骨架上,应力分布随加速度的减小发生扩散,仿真过程中最大应力如图7所示.由分析知,碳纤维座椅骨架在整个仿真过程中最大应力为279.1 MPa,此最大值出现在第23 ms左右,应力集中分布在座椅靠背骨架连接处,为了验证碳纤维座椅骨架是否发生破坏,在仿真过程中输出了碳纤维零部件的复合材料失效指数，如图8所示,可以看出其失效指数为0.55<1,所以零部件并未发生破坏.图7 座椅滑车试验的最大应力Fig.7 Maximum stress of seld impact test图8 复合材料零部件失效指数Fig.8 Failure index of composite parts在整个仿真分析过程中,原金属座椅模型的最大应力值为311.1 MPa,复合材料座椅模型的最大应力值为279.1 MPa,复合材料座椅模型的最大应力值比金属座椅模型的最大应力值降低了32.0 MPa,说明复合材料座椅模型的刚度较大,在设计中更加节省材料.虽然复合材料座椅模型的局部应力值波动要大于原金属座椅模型,但二者的动态强度在变化趋势上基本一致,这说明复合材料座椅模型不仅满足工况要求,且安全性更高.3 座椅骨架优化设计及仿真验证由座椅骨架滑车碰撞试验分析可以看出,轻量化前后座椅骨架强度不仅满足国家标准中关于座椅强度的技术要求,而且还存在一定的轻量化空间.本文依据滑车碰撞试验结果对座椅骨架金属零部件进行优化设计，首先建立优化模型表达式.目标函数:f(x)→min(2)设计变量:X={X1,X2,X3,…,Xn}T(3)约束条件: gv(X)≤gvmax (v=1,2,…,m)ximin≤xi≤ximax (i=1,2,…,n)目标函数f(x)可以是一个或多个,主要用来评价优化结果的好坏.在轻量化设计中目标函数通常设计为结构的体积最小或质量最轻,本次优化设计目标为座椅骨架结构的质量最轻,即f(x)→min.优化设计变量X为n个独立变化的参数,其变化的取值范围应该满足结构优化要求.优化设计变量采用座椅各零部件的厚度值,对座椅各金属零部件进行尺寸优化,根据座椅骨架零部件工况和原始厚度值,设计座椅零件厚度变化区间为0.5～1.0 mm,各参数具体值见表3.表3 座椅骨架金属零部件尺寸参数Table 3 Size parameters of seat frame metal parts mm零部件原始厚度厚度上限厚度下限骨架连接板33.52.5支撑管33.52.0座椅撑脚44.53.0撑脚连接板33.52.5约束条件gv(X)也称为状态变量,与零部件某一性能指标有关,所有约束条件可组成一个可行域,求解的方案只有处于可行域内才可以满足优化条件[7-8].在座椅骨架零部件优化设计中通常选取强度值作为约束条件,要求在指定工况下座椅所有零部件均不能发生强度破坏.由于轻量化座椅骨架在滑车碰撞试验中并未发生零部件失效,且存在很大的轻量化空间,因此取座椅骨架滑车碰撞的最大应力值279.1 MPa为优化的约束条件.将设置好的优化参数输入到座椅骨架模型中,利用OptiStruct优化软件对模型进行优化计算,得到模型的最大应力如图9所示.图9 各优化零部件的最大应力Fig.9 Maximum stress of each optimized part 从图中可以看出,座椅骨架金属零部件优化后所受的最大应力为197.6 MPa,出现在座椅撑脚与滑轨的连接部位,该应力值并没有超出优化约束的最大应力值279.1 MPa,也没有超出材料的屈服极限.各零部件优化后的厚度如图10所示.图10 各金属零部件优化后尺寸Fig.10 Optimized dimensions of each metal part优化结果显示,优化后座椅骨架各金属零部件的厚度都发生了变化,在应力的约束条件下,各零部件的优化结构也存在差异,但优化厚度值都处在可接受的优化范围以内,并且优化后各零部件并没有出现失效的情况,满足国家法规强度要求.考虑到座椅常用材料的厚度,为方便制造,对优化结果进行了修正和圆整处理,最后得到座椅各零部件的厚度尺寸,见表4.表4 座椅骨架优化尺寸参数Table 4 Seat frame optimized size parameters mm零部件原始厚度优化厚度修正厚度骨架连接板30.4522.5支撑管30.5032.5座椅撑脚40.0154.0撑脚连接板30.3692.6该复合材料座椅骨架的质量为13.31 kg,对座椅金属部件进行了进一步的轻量化设计以后,座椅骨架的质量减小为12.19 kg,优化后座椅骨架质量减轻了8.4%,并且轻量化后各零部件强度可满足国家法规的要求.4 结语通过对某款轿车座椅骨架进行滑车碰撞试验分析,建立了座椅骨架滑车仿真有限元模型,利用Ls-Dyna软件进行了滑车碰撞试验仿真,得到复合材料座椅骨架在滑车碰撞仿真试验中的最大应力值为279.1 MPa,比金属座椅骨架的最大应力值降低了32.0 MPa,说明复合材料座椅骨架不仅满足工况要求,且安全性更高.在滑车碰撞仿真基础上对复合材料座椅骨架进行了优化设计,优化后座椅骨架进一步减重8.4%,为利用座椅动态仿真试验进行轻量化可靠性验证和优化设计提供了参考.参考文献:【相关文献】[1] 韩维建,张瑞杰,郑江,等.汽车材料及轻量化趋势[M].北京:机械工业出版社,2017.[2] 钟柳华,孟正华,练朝春.汽车座椅设计与制造[M].北京:国防工业出版社,2015.[3] 唐见茂.高性能纤维及复合材料[M].北京:化学工业出版社,2013.[4] United Nations Economic Commission for Europe.Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to the seats,their anchorages and any head restrains:ECE R17[S].[S.l.:s.n.],2001.[5] 王钰栋.HyperMesh&HyperView应用技巧与高级实例[M].北京:机械工业出版社,2012.[6] 唐长刚.LS-DYNA有限元分析及仿真[M].北京:电子工业出版社,2014.[7] OLIVEIRA J,TEIXEIRA P,LOBO G,et al.Topology optimization of a car seat frame[J].Key Engineering Materials,2013,554/555/556/557:681-688.[8] LU N.Research on structure and lightweight of automobile seats[J].Applied Mechanics and Materials,2014,608/609:51-55.。
汽车碰撞模拟仿真中座椅安全设计的研究
汽车碰撞模拟仿真中座椅安全设计的研究随着汽车行业的快速发展和车辆保有量的增加，交通安全问题日益凸显。
汽车碰撞模拟仿真技术应运而生，成为汽车安全设计的重要工具。
在碰撞事故中，座椅作为乘坐者的安全防护系统之一，其设计对乘坐者的生命安全至关重要。
因此，研究汽车碰撞模拟仿真中座椅安全设计成为一项重要的课题。
一、座椅的结构和功能汽车座椅作为乘坐者与车辆之间的重要接口，其设计要求结构牢固、稳定可靠，并能够在碰撞事故中起到有效的保护作用。
座椅的功能主要包括承载乘坐者、吸收撞击能量、缓冲冲击力、减少乘坐者与车辆之间的相对速度等。
为了满足这些功能需求，座椅的结构设计要考虑乘坐者的人体工程学特征，并具备材料的高强度和良好的能量吸收特性。
二、座椅的材料选择和优化设计座椅的材料选择对座椅安全设计起着至关重要的作用。
常用的座椅材料有钢、铝、塑料和纤维复合材料等。
钢料具有强度高、刚性好、成本低等优点，但重量较大。
铝材料具有重量轻、耐腐蚀等特点，但强度较低。
塑料在座椅中的应用较多，具有重量轻、成本低等优势，但强度较低。
纤维复合材料具有强度高、重量轻等优点，但成本较高。
因此，在座椅材料选择上需要综合考虑各种因素，并进行优化设计，以实现最佳的座椅安全性能。
三、座椅的结构设计和优化座椅的结构设计和优化是实现座椅安全性能的关键。
首先，座椅的结构设计要符合人体工程学原理，使乘坐者处于舒适的位置，减少身体的疲劳感。
其次，座椅的结构设计要能够承受碰撞事故中的巨大冲击力并吸收能量，从而减轻乘坐者受伤的可能性。
此外，座椅的结构还要考虑到乘坐者的不同需求，如调节性、舒适性和便利性等。
基于之前的研究成果，在座椅的结构设计中可以采用仿生设计的思想，模拟人体的结构特征和工作原理。
通过优化设计座椅的骨架结构，增加支撑点和减少应力集中，可以提高座椅的耐久性和强度，从而增加乘坐者在碰撞事故中的生存空间。
此外，还可以通过添加座椅的承重框架，增加碰撞事故中的稳定性和防护性能。
基于有限元法的汽车座椅疲劳寿命预测研究
基于有限元法的汽车座椅疲劳寿命预测研究随着汽车工业的不断发展，安全和舒适性成为了汽车设计中不可或缺的考量因素。
而汽车座椅作为车内主要的接触点，其设计合理与否直接影响着乘客的体验和安全。
特别是长时间驾驶和乘坐，座椅的设计更需要考虑到疲劳寿命，即在一定时间内座椅是否能够保持正常的使用性能，不产生塌陷和裂纹等缺陷。
因此，对于座椅结构以及材料的疲劳寿命进行预测和评估，对于汽车座椅的设计和制造具有重要意义。
有限元方法是一种数值计算方法，广泛应用于结构分析领域。
在汽车座椅设计与评估中，有限元方法也是一种较为常用的分析手段。
有限元方法的实质是将待分析的结构离散成许多有限个小部分，然后通过数值计算逐步求解整个结构。
因此，基于有限元法对汽车座椅进行疲劳寿命预测，需要首先对座椅进行三维建模，然后通过计算机模拟座椅的载荷、位移、应变等参数，在疲劳载荷作用下分析座椅的疲劳寿命，从而得到座椅的疲劳寿命预测结果。
在座椅疲劳寿命预测中，座椅的材料是一个重要的因素，它影响着座椅的强度和刚度等机械性能。
不同材料的性能不同，需要对应不同的疲劳寿命预测方法。
如钢材的疲劳寿命预测可以基于S-N曲线，而塑料材料的预测需要考虑到裂纹扩展等因素。
除了材料因素外，座椅的结构也是影响其疲劳寿命的重要因素。
座椅的结构包括骨架、填充物、面料等部分，在不同的结构部分应用不同的有限元分析方法。
例如，在座椅骨架部分可以采用动态模态分析方法，以及疲劳周期分析、应变互作用方法等分析方法；在填充物部分可以采用三维模型与有限元模拟方法，以及静态分析、动态分析等方法；在面料部分可以采用逆向有限元方法，对座垫和座背表面的应力分布等参数进行分析。
在疲劳寿命预测中，还需要考虑到座椅使用过程中不同的载荷状况，例如静态载荷、动态载荷、剪切载荷、扭转载荷等。
同时，在座椅使用过程中，不可避免地会产生各种因素的影响，如温度、湿度、振动、磨损等，这些因素也需要考虑到，从而精确地评估座椅的疲劳寿命。
汽车碰撞模拟仿真在新型车辆座椅设计中的应用
汽车碰撞模拟仿真在新型车辆座椅设计中的应用近年来，随着汽车行业的快速发展，对车辆安全性的要求也越来越高。
汽车碰撞模拟仿真技术逐渐被广泛应用于新型车辆座椅设计中，以提供更安全、舒适的座椅设计方案。
本文将介绍汽车碰撞模拟仿真技术在新型车辆座椅设计中的应用，并探讨其优势和未来发展方向。
一、碰撞模拟仿真的基本原理和方法汽车碰撞模拟仿真是一种通过计算机模拟车辆在真实碰撞情况下的各种影响因素，如车辆速度、碰撞角度、撞击部位等，从而预测碰撞对车辆和乘员的影响的技术。
它基于有限元分析原理，使用专业的仿真软件进行模拟计算，通过模型建立和数值计算，可以对车辆座椅在不同碰撞情况下的表现进行准确预测。
在汽车碰撞模拟中，首先需要进行车辆模型建立。
通过三维扫描和建模技术，将车辆外部结构、车体刚度以及座椅等部件进行建模并导入仿真软件。
随后，根据测试需求和碰撞模式，设定碰撞位置和角度等参数，并对仿真模型施加相应的载荷。
最后，使用有限元方法对整车系统进行分析，预测车辆和乘员在碰撞过程中受到的力和变形情况。
二、新型车辆座椅设计中的应用1. 评估座椅结构的强度和刚度通过碰撞模拟仿真可以直观地了解车辆座椅在不同碰撞情况下的受力状况，评估其结构强度和刚度。
利用分析结果，工程师可以发现潜在的结构问题和缺陷，以提前进行设计改进。
碰撞模拟还可以帮助工程师优化材料选择和构造设计，以提高座椅的整体刚度和安全性。
2. 评价乘员保护性能在汽车碰撞过程中，座椅是主要的安全设备之一，其保护乘员免受碰撞冲击的能力至关重要。
通过碰撞仿真可以定量分析座椅对乘员的保护性能，如碰撞过程中对乘员产生的加速度、应力和位移等。
同时，还可以评估座椅的头颈防护、腹部保护和侧面碰撞保护等方面的性能，为设计师提供有关改进座椅结构的建议。
3. 优化座椅减震系统座椅减震系统的设计对乘坐舒适性和乘员安全性具有重要影响。
通过碰撞仿真，可以模拟座椅在碰撞过程中的减震能力，评估减震系统的性能，并优化减震装置的参数。
轿车前排座椅正面碰撞的有限元分析及试验研究
我 国强 制性 法 规 Ｇ ５ — ０ ３对 汽车 前 碰 Ｂ１５ １２０ １ 撞 的要求 如 下 。
前 排驾 驶员 假人 的对 称平 面应 位 于通 过方 向 盘 中 心且 平 行 于 车 辆 纵 向 中心 平 面 的铅 垂 平 面
击能量 ， 以确保成员的有效生存空间， 使作用于乘 员身上的力和加速度降低到规定范围内，对乘员
安全方 面有 着极 其重 要 的意 义 ］ 。 汽车 座 椅 一般 由头 枕 、 背 、 节装 置 、 垫 靠 调 座 和座椅 连 接件 组成 。汽车 座椅 骨架 是 汽车 座椅 的 基础 结构 ， 可分 为靠 背骨 架 和坐垫 骨架 两部分 。 随 着对 行车 安全 重视 程 度 的不 断提 高 ，我 国对汽 车 关键 零部 件安 全性 标 准 的要求 越来 越 严格 ，并 趋
ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｔ ｉ ｓ ｗ ｌ— ｒ ｐ ｒｉｎ ｄ，ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｓｏ ｔ ｎ ｆｏ ｔ ｅ ｓ ａ ｎ ｈ ｓｌ ｔ ｎ ｌ ｅ ｃ ｎ ｔ ｅ ｎ ｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔｒ ｓ ｌ ｓ ｅ ｈ ｔ ｅ ｓ ａｎ ｉ ｅ ｌ ｐ ｏ ｏ ｔ ｅ ｉ ｔ ｒ ｏ ｎ ｈ ｉｔｒｉ ｒ ｍ ｈ ｔ ｉ ａ ｉ ｌ ｉ ｆ ｎ ｅ ｏ ｈ ｏ ｒ ｔｅ ｕ
Ｆ ｎ ｔ ｅ ｅ ｔＡｎ ｌ ｓ ｎ ｐ ｒｍ ｅ ｔ ｌ ｓ ａ ｃ ｎ Ｃａ ｒ ｎ ｅ ｔＩ ｐ ｃ ｉ ｉｅＥｌ ｍ ｎ ａ ｙ ｉ ａ ｄ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｓ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ Ｆ ｏ ｔＳ ａ ｍ ａ ｔ
ＬＩ Ｃｏ Ｎ ｎｇ
桑塔纳轿车座椅总成模拟碰撞数值分析及试验研究
桑塔纳轿车座椅总成模拟碰撞数值分析及试验研究
施杰;徐民
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】1997(019)005
【摘要】本文应用Ｌｓ－Ｄｙｎａ３ｄ非线性有限元软件和ＳＧＩＰｏｗｅｒ－Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ计算机，对桑塔纳轿车前座椅总成进行了碰撞模拟数值分析。
为验证分析结果的可靠性，进行了模拟碰撞试验。
数值分析和实际的模拟碰撞试验数据比较表明，两者之间具有很强的相关性。
【总页数】5页(P298-301,320)
【作者】施杰;徐民
【作者单位】上海汽车工业技术中心;上海交通机械总厂
【正文语种】中文
【中图分类】U469.11
【相关文献】
1.桑塔纳2000轿车车头多轴道路模拟试验研究 [J], 胡文伟;何稚桦;吴金松;靳晓雄
2.桑塔纳轿车座椅碰撞试验及其技术分析 [J], 林一平
3.轿车座椅骨架冷挤压成形过程分析及数值模拟 [J], 张烨雯;苏建良;赵伟;宋韬;梁佳佳
4.轿车后排座椅的行李碰撞有限元分析与试验研究 [J], 林聪
5.轿车前排座椅正面碰撞的有限元分析及试验研究 [J], 林聪
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并用沙漏粘性阻尼控制零能模式。经有限单元离散、
对单元虚功原理的变分列式组集后， 得到结构的非
线性动力学方程：
ＭＸ（ ｔ） ＝Ｐ（ ｘ， ｔ） － Ｆ（ ｘ， ｔ） ＋Ｈ
（ ２）
式中， Ｍ 为总体质量矩阵； Ｘ（ ｔ） 为总体节点加速度矢
量； Ｐ 为总体载荷矢量， 由节点载荷、面力、体力等组
【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】Ｓｌｅｄ ｉｍｐａｃｔ ｔｅｓｔ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｅａｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｆ ｓｌｅｄ ｉｍｐａｃｔ ｔｅｓｔ，ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｅａｔ ｓｌｅｄ ｉｍｐａｃｔ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＰＡＭ－ ＣＲＡＳＨ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｖｉａ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｄａｔａ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｄａｔａ，ｔｈｅ ｔｅｓｔ－ ｓｔｒｅｓｓ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅ ｐｏｉｎｔ ｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ－ ｓｔｒｅｓｓ ｃｕｒｖｅ，ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｅａｔ ｄｅｓｉｇｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｅａｔ，Ｉｍｐａｃｔ，Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ，Ｔｅｓｔ
１ 前言
随着我国汽车工业的迅猛发展， 人们对汽车的 乘坐舒适性及安全性等方面的要求越来越高， 汽车 座椅的设计、研究与开发已越来越引起汽车界的重 视。目前， 关于汽车座椅动态特性的研究比较少， 因 此本文针对汽车座椅的滑车碰撞特性进行了仿真分 析与试验研究。
（ ｄ） 第 ４ 测点， 试验最大应力为 ２３５．４ ＭＰａ
３００
２５０
应力 ／ＭＰａ
２００
试验
仿真 １５０
１００
５０
０ ０ ４０ ８０ １２０ １６０ ２００ 时间 ／ｍｓ
（ ｅ） 第 ５ 测点， 试验最大应力为 ２５８．１ ＭＰａ
２５０
２００ 试验
１５０
仿真
应力 ／ＭＰａ
１００
５０
０ ０ ４０ ８０ １２０ １６０ ２００ 时间 ／ｍｓ
节到设计的最后位置， 上、下高度及座椅靠背的角度
调节到设计的标准位置， 头枕调节到最高位置； 被测
试座椅必须安装所有装饰和附件。
试验测得的滑车加速度曲线如图 ３ 所示， 加速
度大于 ２０ ｇ 时的时间超过 ３０ ｍｓ， 座椅各处未出现
破坏， 座椅骨架、座椅固定点及位移系统、调节系统
及锁止系统均未失效； 锁止机构没有打开； 座椅未与
汽车技术
·试验·测试·
５ 结束语
建立了汽车座椅滑车碰撞动态特性有限元模 型。试验与仿真分析对比表明， 各测点应力的试验曲 线与仿真曲线随时间变化的趋势都很接近， 即所建 立的汽车座椅滑车碰撞动态特性有限元模型是可信 的， 所提供的座椅动态强度的研究方法是可行的， 可 以通过有限元仿真分析来对座椅的改进设计进行指 导， 提高座椅设计改进的效率。
主题词： 汽车座椅 碰撞 有限元 试验 中图分类号： Ｕ４６３．８３ 文献标识码： Ａ 文章编号： １０００－ ３７０３（ ２００７） ０５－ ００３０－ ０４
Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｔｅｓｔ Ｓｔｕｄｙ ａｂｏｕｔ Ｓｌｅｄ Ｉｍｐａｃｔ Ｔｅｓｔ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｓｅａｔ
成； Ｆ 由单元应力场的等效节点力矢量组集而成； Ｈ
为总体结构沙漏粘性阻力。
为节省计算时间， 在非线性方程组求解时， 时间
积分采用显式中心差分算法。
先建立座椅的几何结构， 因座椅的零件主要是
薄壳件， 可以选择壳单元， 头枕竖梁选择梁单元， 然
后划分网格并定义材料、边界条件和载荷， 最后进行
分析计算。建立的模型如图 ４ 所示。
１２０
１００
应力 ／ＭＰａ
８０ 试验
６０
仿真
４０
２０
０ ０ ４０
８０ １２０ １６０ ２００
时间 ／ｍｓ
（ ａ） 第 １ 测点， 试验最大应力为 １１５．３ ＭＰａ
１８０
１６０
１４０
试验
１２０
仿真
应力 ／ＭＰａ
１００
８０
６０
４０
２０
０ ０ ４０ ８０ １２０ １６０ ２００
时间 ／ｍｓ
（ ｂ） 第 ２ 测点， 试验最大应力为 １７９．７ ＭＰａ
— ３０ —
发生装置所产生的加速度不小于 ２０ ｇ， ＥＣＥ 法规和
ＧＢ１５０８３－ ２００６ 规定加速度大于 ２０ ｇ 时的作用时间
应不小于 ３０ ｍｓ［２， ３］。法规还要求， 在试验中及试验后
座 椅 骨 架 、座 椅 固 定 点 、位 移 系 统 、调 节 系 统 或 锁 止
系统不应失效； 锁止机构不应自动打开； 座椅不能与
滑车分离。结果完全满足 ＥＣＥ－ Ｒ１７ 法规的要求。
加速度 ／ｇ
３６
３２
２８
２４
２０
１６ １２
＞３０ ｍｓ
８
４ ０
－４
－８ ０ ３０ ６０ ９０ １２０ １５０
时间 ／ｍｓ
图 ３ 试验测得的滑车加速度曲线
３ 仿真分析
采 用 ＰＡＭ－ ＣＲＡＳＨ 软 件 进 行 汽 车 座 椅 滑 车 碰 撞仿真分析， 算法采用显式有限元理论， 单元采用拉 格朗日列式。为节省计算时间， 采用单点高斯积分，
车体分离等。
为便于对比分析， 测点的选择主要考虑结构关
键点和在仿真中应力值较大的点以及便于测量及布
置的部位。
另外， 由于影响试验结果的未知因素较多， 所以
在允许的情况下应多选择一些测点。同时， 为了能够
更好地为校正有限元模型提供参考， 可以在测量关
键点的基础上， 适当地选择一些应力较小但较好测
量的点进行测量。
参考文献 １ 王 王宣，李 宏 光 ，等 ．现 代 汽 车 安 全 ． 北 京 ： 人 民 交 通 出 版 社 ，
Ｌｉ Ｑｉａｎｇｈｏｎｇ１，Ｌｉ Ｊｉａｎｐｉｎｇ２，Ｌｉ Ｓａｎｈｏｎｇ１，Ｙａｏ Ｗｅｉｍｉｎ３，Ｚｈａｎｇ Ｊｉａｎｗｅｎ４
（ １．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔ Ｃｅｎｔｅｒ； ２．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ； ３．Ｊｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ； ４．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｍｏｔｏｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｑｕａｌｉｔｙ）
— ３２ —
在 ２０ ％以内。第 １、２、４、５、６ 测点的最大试验应力和最 大仿真应力及第 ３ 测点的最大仿真应力均未达到各 自材料的屈服极限。第 ３ 测点的试验应力曲线和仿真 应力曲线的最大值虽然相差很大（ 相差 ３４．９ ％） ， 但其 应力的变化趋势相似。另外， 第 ３ 测点和第 ４ 测点是 对称的， 此两个测点的仿真应力曲线变化趋势基本 一致， 最大应力值也很接近， 因此第 ３ 测点可能是出 现问题的坏点。
·试验·测试·
汽车座椅滑车碰撞有限元分析与试验研究
李强红 １ 李剑平 ２ 李三红 １ 姚为民 ３ 张建文 ４
（ １．国家汽车质量监督检验中心； ２．重庆汽车研究所； ３．吉林大学； ４．国家机动车质量监督检验中心）
【摘要】对汽车座椅进行了滑车碰撞试验， 根据试验数据建立了汽车座椅滑车碰撞动态特性仿真模型， 采 用 ＰＡＭ－ ＣＲＡＳＨ 软件进行了仿真分析。仿真与试验结果对比表明， 各测点的试验应力与仿真应力曲线很接近， 所建立 的有限元模型是正确的， 可以有效指导汽车座椅的设计并提高设计效率。
Ｙ Ｘ Ｚ
图 ４ 座椅滑车碰撞有限元模型 在对模型施加载荷时， 为了能够与试验结果对
比， 验证所建座椅动态特性仿真模型的准确性， 直接
对模型中的滑车及座椅施加试验时的碰撞速度
５１．６９ ｋｍ ／ｈ， 对滑车施加试验时产生的加速度进行
仿真。试验中各测点的应力分析如图 ５ 所示， 各测点
的材料参数如表 １ 所列。
２ 汽车座椅滑车碰撞试验
汽车座椅滑车模拟碰撞试验是通过模拟、再现 实际撞车时所产生的加速度波形对座椅系统施加载 荷来综合评价整个座椅系统的强度。试验可用模拟 碰撞滑车或其它加速度发生装置来进行。试验前先 将座椅按实际装车位置和固定力矩固定在车身上或 模拟车身的试验台架上， 再将该车身或试验台架固 定在模拟碰撞滑车或加速度发生装置上。试验过程 中不搭乘假人， 座椅的各调节装置应分别在各自设 计范围内的最不利于座椅强度的位置［１］。在 ＥＣＥ 法 规、ＧＢ１５０８３－ ２００６、ＦＭＶＳＳ 法规、日本车辆 认 证 标 准及澳大利亚标准中， 要求模拟碰撞滑车或加速度
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·试验·测试·
３５０
３００
应力 ／ＭＰａ
２５０
试验
２００
仿真
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１５０
１００
５０
０ ０ ４０ ８０ １２０ １６０ ２００ 时间 ／ｍｓ
（ ｃ） 第 ３ 测点， 试验最大应力为 ３４５．８ ＭＰａ
２５０
２００
试验
仿真
１５０
应力 ／ＭＰａ
１００
５０
０ ０ ４０ ８０ １２０ １６０ ２００ 时间 ／ｍｓ
４ 误差分析
在试验与仿真对比分析中， 发现试验应力曲线 与仿真应力曲线并不完全一致， 最大值也不相同， 即 存在一定的误差。本次试验中产生误差的原因主要 有以下几个方面：