一种汽车后排座椅的有限元仿真分析

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汽车座椅作为汽车内饰系统与乘员约束系统的重要组成部分,直接连接人体与车身,并起到在汽车发生碰撞时保护乘员的重要作用,同时其乘坐舒适性也不容忽视。世界各国关于汽车座椅的特性都有着较为严格的标准规定,主要包括静态与动态特性两个方面。静态特性主要是指汽车座椅在承受静态极限载荷时所表现出的强度,刚度特性;而动态特性主要是指其在台车模拟碰撞过程中的强度、刚度特性等。进入二十一世纪以来,有限元方法作为计算机辅助工程当中应用最广泛也是较为成熟的一种方法,在汽车座椅结构的分析设计过程当中也得到了广泛应用。同时,根据我国的实际情况,汽车后排座椅也十分重要,因此,需要结合CAE技术在设计阶段对座椅产品进行仿真分析,为进一步设计提供参考。本文正是在这样的背景下,结合某企业的后排座椅有限元仿真分析项目,对一种较为特殊形式的汽车后排座椅进行了有限元仿真分析。通过有限元前处理软件HyperMesh建立了该座椅金属骨架结构的有限元模型;在分析各国以及企业关于汽车座椅静强度相关规定的基础上,选用非线性静态有限元求解器ABAQUS/Standard对其进行了静强度仿真分析,通过模拟各种加载方式,考察各种加载方式下结构的应力和位移分布情况,确定了适合本文所分析特殊形式座椅结构的加载方式,为今后的设计改进提供了参考;选用求解碰撞、冲击问题的求解器Ls-Dyna对其台车模拟碰撞进行了仿真分析,验证其结构是否满足相关法规标准要求;选用Radioss BulkData求解器计算了其前六阶实数模态振动频率,并对其振动特性进行了评价。全文一共分为五章,其主要内容分别为:第1章,详细介绍了汽车座椅的结构、分类与作用,尤其对其被动安全性影响很大的座椅金属骨架的结构进行了详细剖析;通过介绍国内外的相关研究现状,阐述了本文的主要工作内容和意义。第2章,在分析本文所研究的这种汽车座椅结构的基础上,结合有限元模型的简化原则,对本文所分析座椅结构有限元模型的建立过程进行了详细介绍,其中包括单元类型及其选择方法,材料和物理属性的输入原则,约束条件的确定等内容。第3章,参照国内外以及企业内部有关座椅静强度的有关法规和标准的规定,选定了应用于本文所分析座椅结构的三项静态特性标准,即座椅总成静强度,座椅靠背静强度,头枕静强度;结合本文所分析的座椅结构形式,选择了两种加载方式对座椅总成静强度进行仿真分析,通过对仿真分析结果的对比分析,确定了适合本文所分析座椅结构的加载方式;并按照这种加载方式对后两项内容进行仿真分析,验证了座椅结构满足相关法规和标准规定。第4章,简要介绍了汽车座椅台车模拟碰撞实验的相关法规以及人体对振动的敏感频率等有关座椅动态特性分析标准的内容,在此基础上详细介绍了用于Ls-Dyna求解器进行求解分析的有限元模型的建立过程,包括单元类型的转换、材料和属性的定义、约束和加载的设置、计算控制参数的设置等内容,验证了座椅结构满足相关规定的要求,但是一部分结构的应力较大,应当引起注意;求解了结构的前六阶实数模态振动频率,初步验证了该座椅的固有频率特性能够满足要求。第5章,对全文进行总结,并展望进一步研究内容。
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