汽車座椅(yǐ)安全帶固定(dìng)點(diǎn)強度分析(xī)
瀏覽次數：4089發(fā)布日期(qī)：2022-05-31
汽車座(zuò)椅(yǐ)是(shì)汽(qì)車安(ān)全件(jiàn)的重要組(zǔ)成(chéng)部分之一，它(tā)不僅(jǐn)可(kě)以(yǐ)給乘員提供支撐(chēng)，還具(jù)有(yǒu)保(bǎo)護乘(chéng)員(yuán)避免或(huò)減少(shǎo)傷害的作(zuò)用(yòng)。汽車座(zuò)椅安(ān)全帶(dài)固定點試(shì)驗是(shì)車(chē)輛(liàng)《公(gōng)告》強(qiáng)製性(xìng)試(shì)驗項目(mù)。在(zài)車(chē)輛發(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)事故(gù)時，如(rú)果安全(quán)帶(dài)固定點強(qiáng)度不(bù)滿足(zú)法規(guī)要求，則安(ān)全帶固(gù)定點周圍區域的撕(sī)裂或斷裂(liè)是會造成人員(yuán)傷亡。為使座椅在(zài)整車碰撞過程(chéng)中(zhōng)起到更好的(dí)保(bǎo)護作用，許多(duō)座(zuò)椅(yǐ)企業(yè)會(huì)設計高(gāo)於(yú)法規標準(zhǔn)要(yào)求(qiú)的性(xìng)能(néng)產品(pǐn)。已有(yǒu)不少(shǎo)學者(zhě)利用仿(fǎng)真(zhēn)分(fēn)析方法對(duì)安全帶(dài)固(gù)定(dìng)點強度進行了研究。鄧(dèng)國(guó)紅等(děng)［1］采用LS-DYNA的顯(xiǎn)式(shì)求解模(mó)塊(kuài)分析汽車(chē)安全(quán)帶固定點(diǎn)強度(dù)，驗(yàn)證了分析(xī)方法的有(yǒu)效性(xìng)。王力等(děng)［2］應用(yòng)ABAQUS軟(ruǎn)件(jiàn)的(dí)Explicit求解模塊，完成了某轎車(chē)後(hòu)排(pái)座(zuò)椅安(ān)全帶(dài)固(gù)定(dìng)點強(qiáng)度(dù)仿(fǎng)真分析，並驗(yàn)證了相(xiāng)關(guān)試(shì)驗，證明了仿(fǎng)真分析的有效性。曹(cáo)奇(qí)等［3］通過對傳統模型中單(dān)元類型(xíng)，加載曲綫(xiàn)等關鍵(jiàn)參數(shù)進行優化，提(tí)高(gāo)計算仿真精度(dù)。周(zhōu)旺(wàng)和(hé)李晶［4］針對座椅右側(cè)滑軌(guǐ)強度存(cún)在(zài)不(bù)足(zú)的問題，利用LS-DYNA軟(ruǎn)件進行(háng)了(liǎo)安全帶固定(dìng)點強度仿(fǎng)真，並提(tí)出(chū)優化結構(gòu)方案(àn)，優(yōu)化後的(dí)汽車座椅滿足(zú)法規要求。文中以某(mǒu)M1類(lèi)汽車副駕(jià)座(zuò)椅(yǐ)為(wéi)例，基於(yú)前處(chǔ)理軟(ruǎn)件Hypermesh建立座椅的有限元模(mó)型(xíng)，采(cǎi)用RADIOSS的(dí)顯(xiǎn)式求解(jiě)模塊對座(zuò)椅進(jìn)行(háng)安全帶固定點強(qiáng)度仿真分(fēn)析(xī)，探(tàn)討了模型的建(jiàn)立及失效原因的分(fēn)析，並提出解決問題(tí)的(dí)改進(jìn)方(fāng)案(àn)，使座椅的安全帶固定點(diǎn)強度滿足法規1.2倍(載(zǎi)荷16200N)的(dí)要求。1 安全帶(dài)固(gù)定點(diǎn)試(shì)驗方法圖1為(wéi)座椅(yǐ)安(ān)全(quán)帶(dài)固(gù)定(dìng)點強(qiáng)度試驗時(shí)力的(dí)加(jiā)載(zǎi)示意圖(tú)。根據(jù)法(fǎ)規GB14167—2013的要求，分(fēn)別(bié)在(zài)上，下人(rén)體(tǐ)模(mó)塊加載(zǎi)大(dà)小為(13500±200)N，載(zǎi)荷(hé)在(zài)15s內緩慢(màn)加(jiā)載，保持0.5s後，在(zài)2s內繼(jì)續加(jiā)載至(zhì)(16200±200)N，加(jiā)載方向(xiàng)與(yǔ)水平(píng)綫成(chéng)10°±5°且(qiě)沿(yán)車輛縱(zòng)向中心平麵向前(qián)。同(tóng)時(shí)在座(zuò)椅質心位(wèi)置施加(jiā)等同於座椅質量24倍的(dí)力，其加(jiā)載方(fāng)向(xiàng)沿車輛縱向中(zhōng)心平行向前並(bìng)與水平綫成0°±5°方向，載荷(hé)在17.5s內(nèi)緩(huǎn)慢(màn)加載。
利(lì)用(yòng)有(yǒu)限(xiàn)元(yuán)前處(chǔ)理軟(ruǎn)件(jiàn)Hypermesh建立如圖2所示(shì)的座(zuò)椅安(ān)全帶固定點強(qiáng)度(dù)試(shì)驗(yàn)仿真模(mó)型。采用有(yǒu)限元(yuán)前(qián)處理(lǐ)軟(ruǎn)件Hypermesh搭建(jiàn)有限(xiàn)元(yuán)模型(xíng)，零部件的主要網格尺(chǐ)寸(cùn)大小為5mm。此(cǐ)外，在符合(hé)精度(dù)要求(qiú)的(dí)條件下(xià)，針對安(ān)全(quán)帶固(gù)定點的受(shòu)力情(qíng)況，在局部(bù)優(yōu)化(huà)安全(quán)帶固(gù)定(dìng)點(diǎn)受(shòu)力(lì)區域(yù)的網(wǎng)格(gé)。鈑金件和圓管(guǎn)采用以四邊形為(wéi)主三角(jiǎo)形為過(guò)渡的(dí)網格劃分，滑(huá)軌內外槽(cáo)采用六麵(miàn)體(tǐ)單元(yuán)網格單(dān)元(yuán)［5］。座(zuò)椅各(gè)零(líng)部件(jiàn)之間(jiān)螺栓連接采(cǎi)用SPRING單元進行模擬，焊(hàn)接采用Rigid單元進行模(mó)擬(nǐ)。文中(zhōng)分析的座(zuò)椅主(zhǔ)要(yào)是薄(báo)板(bǎn)衝(chōng)壓件，符合(hé)LAW2材料模型。係統(tǒng)的內(nèi)能(néng)和(hé)動(dòng)能變化曲(qū)綫如圖(tú)3所示。由(yóu)分析(xī)結果可得，係(xì)統動能與(yǔ)內(nèi)能之比為0.9%，小於5%，表明了仿真結(jié)果(guǒ)的合(hé)理性(xìng)［6］。圖(tú)4為座(zuò)椅零部(bù)件(jiàn)最(zuì)大變(biàn)形圖，在加(jiā)載過程中座(zuò)椅(yǐ)主(zhǔ)要變(biàn)形區(qū)域為下固定(dìng)側區域。由圖(tú)4可(kě)以(yǐ)看出，加載(zǎi)至(zhì)162000N時，滑軌外槽明顯張開(kāi)，存(cún)在拔(bá)脫的(dí)風險，導致下(xià)固定點失(shī)效。有研究表(biǎo)明(míng):利(lì)用顯式有限(xiàn)元分析方法求解，把(bǎ)應力(lì)作為(wéi)參考標(biāo)準(zhǔn)會(huì)忽略一些斷(duàn)裂(liè)因素，通(tōng)過周圍的(dí)塑(sù)性應變(biàn)來(lái)判(pàn)斷斷裂(liè)情況(kuàng)會(huì)更加合理［7］。因(yīn)此(cǐ)文(wén)中主(zhǔ)要以材料(liào)的塑性(xìng)應變來(lái)評判(pàn)斷裂(liè)情況。座(zuò)椅滑軌外槽和內槽(cáo)的(dí)最大有(yǒu)效(xiào)塑(sù)性應變雲圖如(rú)圖5和(hé)圖(tú)6所(suǒ)示。由(yóu)圖中可以看出(chū)，滑(huá)軌外槽的(dí)最大有效塑(sù)性應變為(wéi)49.62%，超出材料的拉伸極限(xiàn)，位於外(wài)槽末端，有撕裂(liè)風險;滑(huá)軌(guǐ)內(nèi)槽(cáo)的(dí)最(zuì)大(dà)有效塑性(xìng)應(yīng)變為(wéi)46.48%，超(chāo)出(chū)材(cái)料(liào)的(dí)拉(lā)伸極(jí)限，有(yǒu)斷裂風險。不滿(mǎn)足GB 14167—2013標準要求在(zài)試(shì)驗(yàn)載(zǎi)荷下汽(qì)車安全(quán)帶(dài)不(bù)得從(cóng)安裝固定點(diǎn)處(chǔ)脫(tuō)落［8］。4 改進(jìn)方案及驗(yàn)證(zhèng)滑(huá)軌外槽(cáo)的(dí)結構如圖(tú)7所(suǒ)示(shì)，由(yóu)圖可以看(kàn)出，因解鎖機構的(dí)設計(jì)需要，位於(yú)滑(huá)軌(guǐ)外槽靠近固定點(diǎn)端存在較(jiào)大(dà)的(dí)缺(quē)口，使得此(cǐ)處(chǔ)截麵積(jī)減(jiǎn)小(xiǎo)，弱化了外(wài)槽局(jú)部的(dí)承載(zǎi)強度，在(zài)高載(zǎi)荷條件下(xià)，容(róng)易(yì)產生斷裂(liè)。由於(yú)下固(gù)定(dìng)側(cè)的(dí)滑軌受力較大，考(kǎo)慮對滑軌(guǐ)結構進行(háng)補強優(yōu)化。從設(shè)計成本，開發(fā)時間以及難易程度(dù)等方(fāng)麵(miàn)考慮，並(bìng)基於(yú)上述原因的分析結(jié)果(guǒ)，提出(chū)該座椅的優化方案如下:(1)增(zēng)加U型補強(qiáng)板(bǎn)，厚度為3.0mm，材質(zhì)為(wéi)SPFH590。(2)增加滑軌外(wài)槽補強板，厚(hòu)度為2.6mm，材質為SPFH590。對改進(jìn)方(fāng)案(àn)進行(háng)分析計算，得到滑(huá)軌外(wài)槽和(hé)內(nèi)槽的最大有效塑(sù)性應變(biàn)雲(yún)圖如圖9和圖10所示。由圖(tú)9可(kě)以看(kàn)出(chū)，滑軌外槽(cáo)的最(zuì)大有(yǒu)效塑性應變(biàn)為(wéi)18.61%;由圖10可以看(kàn)出，滑軌(guǐ)內槽的(dí)最(zuì)大有(yǒu)效塑性應(yīng)變為(wéi)11.75%。結(jié)果均未超(chāo)出(chū)材(cái)料(liào)的(dí)拉(lā)伸(shēn)極限，失(shī)效(xiào)風(fēng)險較小(xiǎo)，在(zài)合理(lǐ)範圍(wéi)之(zhī)內(nèi)。結(jié)合(hé)改(gǎi)進後(hòu)的(dí)方(fāng)案(àn)進行(háng)試(shì)驗驗證(zhèng)，載(zǎi)荷(hé)隨(suí)時間(jiān)變化結果如(rú)圖(tú)11所示(shì)，試驗(yàn)過程如圖12所示(shì)。試驗(yàn)結果(guǒ)表明(míng)，加載(zǎi)至16200N時(shí)，固(gù)定點(diǎn)未發(fā)生(shēng)*斷裂脫(tuō)落(là)，該座椅安全(quán)帶固定(dìng)點(diǎn)能(néng)滿足(zú)標準要求(qiú)。同時(shí)，試驗結(jié)果驗(yàn)證了仿(fǎng)真分(fēn)析方法的(dí)有(yǒu)效性。文中利用(yòng)Hyperworks有(yǒu)限元(yuán)分析軟件，建立安(ān)全(quán)帶(dài)固定(dìng)點(diǎn)仿真(zhēn)分析(xī)模型，並(bìng)進行強(qiáng)度(dù)分(fēn)析(xī)，得(dé)到原座(zuò)椅的(dí)滑(huá)軌(guǐ)強度(dù)不(bù)足，導致(zhì)下固(gù)定點(diǎn)失效(xiào)，不能(néng)滿足法規要(yào)求(qiú)，並針對結(jié)構強度不足的(dí)問題進(jìn)一步(bù)分析(xī)，提出改(gǎi)進方案。結(jié)果表明，改進方案的結構(gòu)滿足(zú)標準(zhǔn)要(yào)求，同時驗(yàn)證了仿真(zhēn)分析方(fāng)法的(dí)有(yǒu)效性。文中(zhōng)也說明了(liǎo)利用有(yǒu)限元分析(xī)方法可(kě)大(dà)大(dà)提(tí)高設(shè)計效率，減少(shǎo)試(shì)驗驗(yàn)證(zhèng)次數(shù)，降低了(liǎo)開發(fā)成本(běn)和縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，提(tí)高試(shì)驗(yàn)通過率具有(yǒu)重(zhòng)要意義(yì)。
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