显式/隐式计算方法在座椅运动部件分析中的应用研究

摘要

目前随着计算机硬件和软件技术的进步，以及数值计算方法的完善，基于可视化的汽车座椅虚拟样机设计CAD/CAE技术受到国内各大汽车座椅公司的高度重视。在座椅开发设计过程的虚拟环境中，把CAD技术与CAE动力学建模、静动态特性分析、灵敏度分析、动态参数优化等技术结合起来，使设计师对所设计座椅的各种动静态性能有一个全面的了解，从而可以达到缩短开发周期，减少样椅生产数量，降低开发成本的目的。
　　本文以国内某汽车座椅零部件有限公司提供的某款驾驶员座椅为研究对象，在查阅大量国内外相关文献的基础上，对汽车座椅及其运动部件进行有限元分析。主要内容和成果如下:
　　(1)对典型计算方法中的显式和隐式计算方法进行研究，分析了它们的计算机理以及在LS-dyna软件中的计算流程。同时对这两种算法的稳定性条件展开研究，分析了这两种算法的特点以及实际应用范围。经研究发现:显式算法是条件稳定，适用于小时间步长的动态问题的求解;隐式算法是无条件稳定，适用于静态和准静态问题求解。
　　(2)对汽车座椅的有限元建模进行研究，分析了其建模的准则。并对座椅中的各种连接关系进行简化模拟:应用梁单元和刚性连接来模拟焊接和铰接，并提出一种新型的螺栓连接的模拟方式。依据上述准则，建立了一套精度较高的汽车座椅有限元模型。
　　(3)通过对仿真参数的理论研究和实际应用，了解参数可控性并优化仿真模型。同时对座椅整椅的静态强度进行仿真，并通过实验对仿真结果进行验证。实验结果证明仿真分析中对座椅结构的简化、连接关系的模拟和多种单元形式共存的有限元模型是合理有效的，且该仿真模型是有一定精度的。
　　本文研究成果对汽车座椅设计及其有限元分析具有一定的指导意义和应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 汽车座椅简介

1．1．1 汽车座椅的组成与分类

1．1．2 汽车座椅的功能

1．2 汽车座椅在国内外的发展状况

1．3 汽车座椅相关标准介绍

1．4 有限元技术在汽车座椅行业中的应用状况

1．5 论文的主要研究内容

第2章 显式／隐式计算方法的研究和应用

2．1 典型的有限元计算方法

2．2 显式计算方法

2．2．1 显式计算方法介绍

2．2．2 显式计算方法的计算流程

2．3 隐式计算方法

2．3．1 隐式计算方法简介

2．3．2 隐式计算方法的计算流程

2．4 解的稳定性探讨

2．4．1 中心差分法稳定性探讨

2．4．2 Newmark法稳定性探讨

2．5 显式／隐式计算方法的应用研究

2．6 本章小结

第3章 汽车座椅仿真模型的建立和原则

3．1 汽车座椅仿真平台的搭建

3．2 汽车座椅仿真模型建立的原则

3．3 汽车座椅仿真模型简介

3．3．1 几何模型的建立

3．3．2 座椅CAD模型的简介及几何清理

3．3．3 单元的选择与使用

3．3．4 材料的选取及使用

3．3．5 连接关系的简化

3．3．6 边界约束的确定

3．4 刚体模型

3．5 本章小结

第4章 软件黑箱参数的可控性分析

4．1 影响因素的确定

4．2 单元属性及其可控性研究

4．2．1 单元的性能

4．2．2 体积自锁的可控性分析

4．2．3 沙漏现象的可控性分析

4．3 穿透现象的可控性研究

4．3．1 接触算法简介

4．3．2 穿透现象的可控性研究

4．4 时间步长的可控性研究

4．5 本章小结

第5章 汽车座椅整椅的静态拉力强度仿真和实验分析

5．1 实验平台的搭建

5．2 座椅整椅仿真分析模型及加载方式

5．2．1 仿真模型简介

5．2．2 座椅整椅仿真分析结果

5．3 实验结果分析

5．3．1 汽车座椅整椅实验的规范和加载方式

5．3．2 汽车座椅整椅静态拉力强度实验结果

5．4 实验和仿真结果对比分析

5．5 仿真和实验误差分析

5．5．1 误差原因分析

5．5．2 减小仿真结果和实验结果误差的方法

5．6 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 总结

6．2 未来工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果