汽車被動(dòng)安全的重要指標(biāo)之一就是安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度,而三點(diǎn)式安全帶對(duì)于汽車座椅提出了更高的挑戰(zhàn)。本文利用HyperWorks優(yōu)秀的前處理技術(shù),建立汽車座椅、三點(diǎn)式安全帶總成及人體模塊的有限元仿真模型,利用LS-DYNA求解器進(jìn)行安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析。從而判斷汽車座椅的安全帶固定點(diǎn)的變形情況和座椅部件的應(yīng)力應(yīng)變,判斷座椅是否有風(fēng)險(xiǎn)。
關(guān)鍵字:汽車,安全帶安裝固定點(diǎn),強(qiáng)度,HyperWorks
一、概述
GB 14167-2013《汽車安全帶安裝固定點(diǎn)》車輛公告試驗(yàn)的強(qiáng)制檢查項(xiàng)目之一,也是汽車被動(dòng)安全的重要指標(biāo)。該標(biāo)準(zhǔn)要求,在承受安裝固定點(diǎn)試驗(yàn)荷載的情況下,安全帶固定點(diǎn)的強(qiáng)度必須保證安全帶不得從安全帶固定點(diǎn)處脫落,但允許安裝固定點(diǎn)及其周圍區(qū)域產(chǎn)生永久變形或裂紋且規(guī)定上部有效固定點(diǎn)的前向位移不得超過(guò)H點(diǎn)向前100mm。
本文依據(jù)GB 14167-2013《汽車安全帶安裝固定點(diǎn)》,利用前處理HyperMesh建立汽車座椅的安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析的有限元模型,LS-DYNA做為求解器,并通過(guò)后處理軟件HyperView處理分析結(jié)果。、安全帶安裝固定點(diǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)規(guī)范
1、試驗(yàn)條件
① 同一組座椅的全部安全帶固定點(diǎn)應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。若有可能因座椅或固定點(diǎn)的非對(duì)稱性加載導(dǎo)致試驗(yàn)失敗,則可進(jìn)行一次追加試驗(yàn)。
② 沿平行于車輛縱向中心平面并與水平線成向上10°±5°的方向施加荷載。先施加總荷載的10%(誤差±30%)的預(yù)加載,然后增加荷載至總荷載。
③ 在60s內(nèi)加載至規(guī)定值,應(yīng)制造商要求也可在4s內(nèi)加載至規(guī)定值,并至少保持0.2s.
④ 將試驗(yàn)的人體下模塊裝置放在座墊上面,盡量向后推至靠背,安全帶向后拉緊。將人體上模塊裝置放置到位,安全帶置于裝置上拉緊。此時(shí)不必進(jìn)行預(yù)加載。每個(gè)乘坐位置選用的254mm或406mm的人體模塊,其寬度應(yīng)盡量接近兩下固定點(diǎn)間的距離。人體模塊的放在應(yīng)避免試驗(yàn)時(shí)對(duì)加載力和力分布的影響。
2、試驗(yàn)方法
① 在安全帶上固定點(diǎn)應(yīng)裝有適于用繩索或織帶傳遞人體模塊試驗(yàn)荷載的特殊導(dǎo)向件或?qū)颦h(huán)或由制造商提供導(dǎo)向件或織帶導(dǎo)向環(huán)。
② 利用模擬肩帶對(duì)上人體模塊施加13500N±200N的試驗(yàn)荷載。對(duì)M2和N2類的車輛,試驗(yàn)荷載應(yīng)為6750N±200N;對(duì)于M3和N3車輛4500N±200N。
③ 與此同時(shí),應(yīng)對(duì)下人體模塊施加13500N±200N的試驗(yàn)荷載。對(duì)M2和N2類的車輛,試驗(yàn)荷載應(yīng)為6750N±200N;對(duì)于M3和N3車輛4500N±200N。
三、有限元模型的建立
① 座椅有限元數(shù)模建立
對(duì)于座椅的安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析,需要完整建立座椅模型。在車身上的固定點(diǎn),可以簡(jiǎn)化為一個(gè)剛體區(qū)域
圖一 完整座椅模型和地板
② 導(dǎo)入人體模塊及evaluation_Plane
圖二 人體上模塊
圖三 人體下模塊
圖四 evaluation_Plane
③ 建立安全帶模型
正確擺好人體上下模塊后,把安全帶繞在人體模塊上??紤]人體模塊和安全帶的接觸,所以在人體模塊位置的安全帶設(shè)置為2D單元,其他地方不涉及接觸,可以用1D單元來(lái)模擬
圖五 安全帶模型
圖六 安全帶總成模型
圖七 座椅的三點(diǎn)式安全帶總成模型
四、約束和荷載
① 約束
因?yàn)樽蔚娜c(diǎn)式安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析是固定主在車身地板,所以只需要約束車身地板。
圖八 約束車身地板SPC 1.2.3.4.5.6
② 荷載
按照GB14167-2013《汽車安全帶安裝固定點(diǎn)》規(guī)定,外部載荷通過(guò)牽引繩索施加在上下模塊上,牽引力應(yīng)當(dāng)與水平方成10°的夾角,在人體上模塊和下模塊分別施加13500N 載荷,同時(shí)在人體下模塊施加相當(dāng)于20倍座椅重量的力。
圖九 施加荷載
五、分析結(jié)果
建立計(jì)算模型后,提交 LS-DYNA 計(jì)算,并利用HyperView 軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行后處理。
輸出安全帶安裝固定點(diǎn)部件應(yīng)力及應(yīng)變以及上有效固定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)曲線(間圖10-11)。
圖十 座椅整體的應(yīng)力應(yīng)變
圖十一 上有效固定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)曲線六、 結(jié)論
① ISS point distance is 122.707 mm after H-Plane.
② ISS point distance is 31.209 mm below C-Plane
③ 座椅沒(méi)有部件損壞
由此可知,HyperWorks 在安全帶安裝固定點(diǎn)強(qiáng)度分析中發(fā)揮了極大的作用。本文在其軟件支持下,應(yīng)用有限元法和計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù),對(duì)座椅的三點(diǎn)式安全帶安裝固定點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度仿真分析,為安全帶安裝固定點(diǎn)強(qiáng)度的研究提供了更有效更經(jīng)濟(jì)可行的方法
七、參考文獻(xiàn)
[1]GB 14167-2013
[2] 黎志偉《HyperWorks 在安全帶安裝固定點(diǎn)強(qiáng)度分析中的應(yīng)用》