某轿车后排座椅靠背骨架的轻量化改进设计

摘要

当今，汽车座椅轻量化已经成为整车轻量化非常重要的一部分。本文在此背景下，为配合整车厂完成减重目标，从工程实际研究的角度，在保证座椅安全性及舒适性、不增加座椅成本、不复杂制造工艺的前提下，利用座椅强刚度有限元分析，对某轿车后排座椅管板式靠背骨架初始模型进行轻量化改进设计。
　　本文首先确立以后排座椅最苛刻的一项试验，即GB15083-2006行李箱碰撞试验，作为轻量化改进设计的试验依据。接着在利用CATIA所建立的管板式靠背骨架几何模型的基础上，确立试验边界条件、载荷加载方式及模型假设，利用Hypermesh建立靠背骨架行李箱碰撞有限元模型，并应用Ls-Dyna进行计算仿真。然后按新开发零件、借用件和直接采购件将靠背骨架各零件分成三类，并分别根据各类零件的特点分析其受力及强度裕量情况等。分析表明，此管板式靠背骨架强度和刚度均有较大裕量。故对此管板式靠背骨架进行如下两阶段轻量化改进：
　　第一阶段，将靠背骨架结构由管板式改为管钢丝式，文中根据靠背钢丝与钢管、发泡及面套的匹配情况，设计钢丝的直径、形位等，建立管钢丝式靠背骨架的几何模型，然后建立管钢丝式靠背骨架的有限元模型并进行仿真分析。分析表明：靠背管及旋转支架仍存在强度裕量，仍可进行进一步优化。第一阶段优化后，座椅重量降低约29.4％；
　　第二阶段，结合工程生产实际，对管钢丝式靠背骨架中钢管壁厚及旋转支架厚度进行进一步优化，寻找二者最佳的厚度组合，并建立相应的行李箱碰撞有限元模型进行仿真分析，然后制造轻量化座椅样件完成台车碰撞试验和三坐标H点测量进行进一步可行性验证。最终在保证座椅靠背骨架刚度和强度的前提下，实现其材料利用的最大化及最大程度的轻量化。经过第二阶段进一步优化，座椅总重量降低约43.6%。
　　本文的研究成果为座椅生产企业提供了适合工程实际的切实可行的后排座椅骨架轻量化方案，具有一定的实践意义和工程价值。

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1 绪论

1.1国内外汽车轻量化研究现状

1.2国内外座椅研发现状及轻量化方法简介

1.3轿车后排座椅骨架常见结构简介

1.4本文选用有限元软件介绍

1.5本文主要研究内容

2 后排座椅轻量化设计理论基础

2.1 行李箱碰撞试验国家法规

2.2 基于行李箱碰撞试验法规的轻量化方案简介

2.3 相关有限元建模理论简介

3 后排座椅轻量化依据行李箱碰撞试验有限元模型的建立

3.1初始几何模型的简化

3.2 后排座椅行李箱碰撞试验有限元模型假设

3.3 后排座椅行李箱碰撞试验有限元模型的建立

4．基于行李箱碰撞试验与工程实践的靠背骨架受力分析

4.1 概述

4.2 碰撞过程分析

4.3靠背骨架最大变形量分析

4.4靠背骨架新开发零件的受力情况分析

4.5 靠背骨架借用件的受力情况分析

4.6靠背骨架直接采购件的受力情况分析

5．基于行李箱碰撞试验的靠背骨架轻量化改进设计

5.1轻量化设计方案探究

5.2靠背骨架结构由管板式调整为管钢丝式的轻量化改进

5.3 管钢丝式靠背骨架的进一步轻量化改进

5.4 台车试验及舒适性试验验证

5.5 本章小结

6．总结与展望

6.1 本文总结

6.2 展望与建议

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢