廣告
汽車座椅沖擊強度試驗時的CAE案例分析
2020-12-15 11:36:30· 來源：中科智慧工業(yè)云
本文中針對某中級轎車后排座椅正撞時的負載安全性，根據(jù)ECER17法規(guī)和該車生產企業(yè)關于座椅沖擊強度的要求，采用多剛體動力學法和瞬態(tài)大變形有限元法混合建模和耦
本文中針對某中級轎車后排座椅正撞時的負載安全性，根據(jù)ECER17法規(guī)和該車生產企業(yè)關于座椅沖擊強度的要求，采用多剛體動力學法和瞬態(tài)大變形有限元法混合建模和耦合計算，實現(xiàn)了在帶假人的情況下該座椅正撞時負載安全性的CAE分析，并對改進方案實施后的性能進行預測。
1 后排座椅正撞負載法規(guī)試驗
ECER17中關于汽車后排座椅沖擊強度的認證規(guī)定采用臺車試驗臺進行正撞工況下的座椅沖擊試驗。試驗樣塊尺寸(mm)為300×300×300，棱邊倒角為20mm，質量為18kg。試驗樣塊的安放位置如圖1所示，放置于行李艙的地板上，縱向與靠背有200mm的水平距離;兩試驗樣塊之間有50mm的橫向距離。
圖1 實驗樣塊質量及其布置圖
試驗過程中及試驗后，如果座椅和靠背鎖仍保持原來位置，則認為滿足要求。在試驗期間，允許座椅靠背及其緊固件變形，但試驗靠背和頭枕部分的前輪廓不能向前方超出一定的位置:頭枕(座椅靠背)不得超過座椅R點前方距R點150mm(100mm)的橫向垂直平面。
2 后排座椅安全性的CAE分析
2.1 后排座椅靠背結構
本文中研究的座椅靠背采用分體式結構，如圖2所示。由40%和60%靠背兩部分組成。進行座椅沖擊強度試驗時，靠背骨架以實際機構的連接方式固定在白車身上，白車身固定在臺車上。座椅靠背兩側的鎖支架連接靠背鎖，車身鎖鉤與靠背鎖處于鎖止狀態(tài)，以固定靠背上部，靠背下部的邊支架和中支架分別通過螺栓固定在車身上，與車身形成鉸鏈連接。中間位置的安全帶與座椅集成一體，肩帶的上固定點在60%靠背上，左右位置的安全帶固定點均在車身上。座椅沖擊強度試驗主要是考察座椅結構件和連接件的強度和剛度。
圖2后排座椅結構圖
碰撞試驗成本昂貴而且難以得到內部關鍵部件的變形情況，給汽車座椅的設計帶來許多不便。計算機仿真在精度滿足工程要求的前提下能很好地解決上述問題。采用模擬計算的方法可在設計初期對座椅安全性作出預測，進行各種工況的碰撞模擬。
通過分析其內部零件變形和能量分布情況，提出改進方案和快捷的修改模型，而不必等待模具加工和樣品制造后再進行試驗，降低了開發(fā)成本，縮短了開發(fā)周期。
2.2 帶假人正撞負載試驗CAE分析
該車后排座椅中間位
置的安全帶固定點設置在后排座椅上，發(fā)生正面碰撞時如果該位置有乘員佩帶安全帶，座椅可能會因為額外承受乘員的動載荷而出現(xiàn)更大的變形，導致乘員傷害。為提高座椅系統(tǒng)安全性能，企業(yè)標準要求:在后排中間位置放置一個HybridⅢ50百分位假人并系上安全帶，加載模擬汽車50km/h實車正面碰撞波形(圖3)進行正撞負載試驗，考核座椅結構強度和假人動態(tài)響應。
圖3實車對面碰撞波形圖
為了充分利用兩種算法的優(yōu)勢，本文中采用大變形有限元和多剛體耦合方法對帶假人的座椅負載安全性進行CAE分析。假人、安全帶采用多剛體軟件MADYMO建模(HybridⅢ50百分位假人和3點式安全帶)，安全織帶采用的是三節(jié)點殼單元與1維彈簧單元結合的混合模型，腰帶及肩帶中段為帶寬50mm、厚1.1mm的有限元段帶，兩端分別用1維安全帶單元將背帶連接到座椅上，各段具有相同的織帶特性。在滑環(huán)處建立了安全帶滑環(huán)單元，摩擦因數(shù)設為0.3，模擬肩腰帶在帶扣滑環(huán)中上下滑動的效果。耦合計算過程如圖4所示。
圖4 LS-DYNA/MADYMO
3 歸納
改進設計仿真計算及試驗驗證分析發(fā)現(xiàn)，原座椅結構的中支撐板在受到沖擊時出現(xiàn)較大彎曲變形，導致試驗樣塊的沖擊力和安全帶拉力集中在靠背中間位置，無法傳遞到靠背下部的安裝固定點。仿真結果表明，靠背底板吸能1082J，中支撐板吸能82J，下梁吸能709J，其中剛度較弱的靠背底板集中承受了試驗樣塊和假人的大部分動載荷。因此，正確設計力的傳遞路徑，合理分配部件吸能，可有效提高座椅靠背的結構抗沖擊性。
采用多剛體和有限元耦合的方法，對汽車后排座椅正面碰撞負載試驗進行CAE分析，并根據(jù)仿真結果提出座椅系統(tǒng)結構的改進方案并通過了企業(yè)標準的試驗認證，而且仿真和試驗結果有較高的相關性，充分證明了該方法在工程意義上的可信度，可為整車安全性能設計與開發(fā)提供有效的數(shù)據(jù)支持。
1 后排座椅正撞負載法規(guī)試驗
ECER17中關于汽車后排座椅沖擊強度的認證規(guī)定采用臺車試驗臺進行正撞工況下的座椅沖擊試驗。試驗樣塊尺寸(mm)為300×300×300，棱邊倒角為20mm，質量為18kg。試驗樣塊的安放位置如圖1所示，放置于行李艙的地板上，縱向與靠背有200mm的水平距離;兩試驗樣塊之間有50mm的橫向距離。
圖1 實驗樣塊質量及其布置圖
試驗過程中及試驗后，如果座椅和靠背鎖仍保持原來位置，則認為滿足要求。在試驗期間，允許座椅靠背及其緊固件變形，但試驗靠背和頭枕部分的前輪廓不能向前方超出一定的位置:頭枕(座椅靠背)不得超過座椅R點前方距R點150mm(100mm)的橫向垂直平面。
2 后排座椅安全性的CAE分析
2.1 后排座椅靠背結構
本文中研究的座椅靠背采用分體式結構，如圖2所示。由40%和60%靠背兩部分組成。進行座椅沖擊強度試驗時，靠背骨架以實際機構的連接方式固定在白車身上，白車身固定在臺車上。座椅靠背兩側的鎖支架連接靠背鎖，車身鎖鉤與靠背鎖處于鎖止狀態(tài)，以固定靠背上部，靠背下部的邊支架和中支架分別通過螺栓固定在車身上，與車身形成鉸鏈連接。中間位置的安全帶與座椅集成一體，肩帶的上固定點在60%靠背上，左右位置的安全帶固定點均在車身上。座椅沖擊強度試驗主要是考察座椅結構件和連接件的強度和剛度。
圖2后排座椅結構圖
碰撞試驗成本昂貴而且難以得到內部關鍵部件的變形情況，給汽車座椅的設計帶來許多不便。計算機仿真在精度滿足工程要求的前提下能很好地解決上述問題。采用模擬計算的方法可在設計初期對座椅安全性作出預測，進行各種工況的碰撞模擬。
通過分析其內部零件變形和能量分布情況，提出改進方案和快捷的修改模型，而不必等待模具加工和樣品制造后再進行試驗，降低了開發(fā)成本，縮短了開發(fā)周期。
2.2 帶假人正撞負載試驗CAE分析
該車后排座椅中間位
置的安全帶固定點設置在后排座椅上，發(fā)生正面碰撞時如果該位置有乘員佩帶安全帶，座椅可能會因為額外承受乘員的動載荷而出現(xiàn)更大的變形，導致乘員傷害。為提高座椅系統(tǒng)安全性能，企業(yè)標準要求:在后排中間位置放置一個HybridⅢ50百分位假人并系上安全帶，加載模擬汽車50km/h實車正面碰撞波形(圖3)進行正撞負載試驗，考核座椅結構強度和假人動態(tài)響應。
圖3實車對面碰撞波形圖
為了充分利用兩種算法的優(yōu)勢，本文中采用大變形有限元和多剛體耦合方法對帶假人的座椅負載安全性進行CAE分析。假人、安全帶采用多剛體軟件MADYMO建模(HybridⅢ50百分位假人和3點式安全帶)，安全織帶采用的是三節(jié)點殼單元與1維彈簧單元結合的混合模型，腰帶及肩帶中段為帶寬50mm、厚1.1mm的有限元段帶，兩端分別用1維安全帶單元將背帶連接到座椅上，各段具有相同的織帶特性。在滑環(huán)處建立了安全帶滑環(huán)單元，摩擦因數(shù)設為0.3，模擬肩腰帶在帶扣滑環(huán)中上下滑動的效果。耦合計算過程如圖4所示。
圖4 LS-DYNA/MADYMO
3 歸納
改進設計仿真計算及試驗驗證分析發(fā)現(xiàn)，原座椅結構的中支撐板在受到沖擊時出現(xiàn)較大彎曲變形，導致試驗樣塊的沖擊力和安全帶拉力集中在靠背中間位置，無法傳遞到靠背下部的安裝固定點。仿真結果表明，靠背底板吸能1082J，中支撐板吸能82J，下梁吸能709J，其中剛度較弱的靠背底板集中承受了試驗樣塊和假人的大部分動載荷。因此，正確設計力的傳遞路徑，合理分配部件吸能，可有效提高座椅靠背的結構抗沖擊性。
采用多剛體和有限元耦合的方法，對汽車后排座椅正面碰撞負載試驗進行CAE分析，并根據(jù)仿真結果提出座椅系統(tǒng)結構的改進方案并通過了企業(yè)標準的試驗認證，而且仿真和試驗結果有較高的相關性，充分證明了該方法在工程意義上的可信度，可為整車安全性能設計與開發(fā)提供有效的數(shù)據(jù)支持。
廣告 編輯推薦
最新資訊
-
“汽車爬坡試驗方法”將有國家標準
2026-03-03 12:44
-
十年耐久監(jiān)管時代：電池系統(tǒng)開發(fā)策略將如何
2026-03-03 12:44
-
聯(lián)合國法規(guī)R59對機動車備用消聲系統(tǒng)的工程
2026-03-03 12:08
-
聯(lián)合國法規(guī)R58對后下部防護裝置的工程化約
2026-03-03 12:07
-
聯(lián)合國法規(guī)R57對摩托車前照燈配光性能的工
2026-03-03 12:07
