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案例 | 某汽車座椅進(jìn)行的頭沖吸能實驗的仿真計算

2018-12-10 22:04:40·  來源：吳老師 仿真秀科普作者  
　
本案例運用hypermesh和lsdyna聯(lián)合仿真，主要是針對某座椅進(jìn)行的頭沖吸能實驗的仿真計算。這個工況考察座椅背部的塑料件的破壞情況，以及頭部模塊的加速度情況，達(dá)到保護(hù)人頭部的效果。
導(dǎo)讀
 
本案例運用hypermesh和lsdyna聯(lián)合仿真，主要是針對某座椅進(jìn)行的頭沖吸能實驗的仿真計算。這個工況考察座椅背部的塑料件的破壞情況，以及頭部模塊的加速度情況，達(dá)到保護(hù)人頭部的效果。
 
本案例用戶可以學(xué)習(xí)到：
1、螺栓預(yù)緊力的施加
2、單面接觸的設(shè)置
3、面面接觸的設(shè)置
4、頭沖吸能工況的設(shè)置
5、hyperview后處理結(jié)果顯示
6、要求讀者有一定的hypermesh和lsdyna基礎(chǔ)
 
一、概述
汽車座椅要求給司乘人員提供便于操作，舒適安全的駕駛、乘坐位置。座椅必須安全可靠，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度與耐久性，結(jié)構(gòu)緊湊并盡可能地減少質(zhì)量。為滿足司乘人員舒適行所設(shè)置的各種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，要有可靠的的鎖止裝置，以確保安全。
 
本文利用lsdyna軟件模擬人頭部撞擊座椅的過程，關(guān)注座椅背部塑料件的破壞情況以及假人頭部加速度情況是否滿足法規(guī)。為座椅背部塑料件設(shè)計提供參考依據(jù)。
 
二、有限元 模型的搭建
1、 座椅網(wǎng)格的建立
根據(jù)自己電腦性能，選擇合適的網(wǎng)格尺寸劃分網(wǎng)格。本文利用hypermesh進(jìn)行座椅幾何數(shù)模的中面抽取，網(wǎng)格尺寸為4mm。因為重點考察的是座椅背部的塑料背板，所以背板塑料件需要詳細(xì)建模，網(wǎng)格尺寸控制在2mm。如圖1 和圖2所示。
圖1
圖2 
座椅本身的焊接均采用可變形焊點梁進(jìn)行模擬，如圖3所示，螺栓連接采用螺栓的簡化建模，如圖4所示
圖3 
圖4 
2、材料屬性
根據(jù)設(shè)計人員提供的BOM表信息，正確定義每個組件的材料和厚度。金屬件材料選用分段線性塑性本構(gòu)模型(Mat24)，輸入密度、彈性模量，泊松比以及應(yīng)力應(yīng)變曲線（保密需要，不提供）。如圖5所示
圖5
   
因塑料件材料參數(shù)獲取的困難性，塑料件的材料本構(gòu)模型也采用Mat24,如圖6所示
圖6   
3、導(dǎo)入頭沖模塊并定位
導(dǎo)入頭沖模塊，輸入模塊的參數(shù)，如圖7所示
圖7     
根據(jù)《GB 11550-2009 汽車座椅頭枕強(qiáng)度要求和試驗方法》法規(guī)，確定撞擊點，正確擺放頭沖模塊位置，如圖8
圖8
三、接觸設(shè)置及邊界條件
1、座椅自身的單面接觸設(shè)置
由于本工況是一個沖擊過程，無法預(yù)估哪些部位產(chǎn)生接觸，所以把整個座椅的組件都設(shè)置單面接觸，避免遺漏接觸。單面接觸設(shè)置參數(shù)如圖9所示
圖9
2、座椅與頭部模型的面面接觸設(shè)置
考慮到能提取出頭沖模型與座椅撞擊點的接觸力，單面接觸無法輸出接觸力，所以這里設(shè)置為面面接觸，參數(shù)如圖10所示 
圖10   
3、螺栓預(yù)緊力的加載，如圖11所示
圖11  
4、地板的固定約束
地板的固定約束，有兩種約束方式
第一種，約束安裝螺栓孔的自由度，關(guān)鍵字為Bound_Spc
第二種，把地板設(shè)置為剛體，在材料中約束剛體的自由度，如圖12所示
圖12
四、仿真結(jié)果
1、接觸力（Binout->rcforc）
2、仿真動畫
 3、塑料件應(yīng)變
 4、頭型加速度曲線(binout->nodout)
五、結(jié)論
由以上結(jié)果可以得出：
1、塑料背板沒有破碎飛出風(fēng)險。
2、3毫秒脈寬加速度峰值為41.4g,未超過80g,滿足法規(guī)要求。
 
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