汽车座椅轻量化材料探索及结构的优化设计

摘要

当今社会,由于私家车和公共汽车产量的日益增加,能源消耗加剧和环境污染严重等一系列问题随之产生。国内外汽车业的发展也因此受到了较大的限制。各国研究人员不得不致力于汽车轻量化的研究与开发,以求为汽车行业的发展寻找到更广阔的空间。本文便是顺应社会的需要,对汽车座椅进行轻量化改进。研究内容主要包括以下几个部分:
　　 首先,在材料上实现了座椅的轻量化。本文通过稀土元素变质、改变铸造条件和热处理的方式,大大细化了ZL201的微观组织和提高了合金的力学性能,从而使该合金能够应用于汽车座椅的轻量化设计。
　　 其次,通过结构改进,提高座椅的安全性能。通过对老式座椅的理论分析和力学计算,找到了老式座椅存在的缺点,从而针对这些缺点,对座椅结构进行了一系列的改进,尤其是座椅的靠背,并对改进后的座椅结构进行了相关的强度校核。计算结果表明:座椅靠背受到的正应力为265.69MPa,受到的剪切力为46.7MPa；座椅底座受到的正应力为73.7MPa。因此,文中设计的座椅的各部分结构受到的力的大小均小于所选铝合金的抗拉强度,均满足国标中对于座椅静强度的要求。
　　 最后,对改进后的座椅的主要结构利用相关软件进行了模拟分析。结果表明:座椅在受到国标要求的载荷时所产生的最大应力和产生的最大位移都满足于国标的要求,进一步说明了改进后的座椅结构能够满足人们对于汽车的安全性的要求。

目录

文摘

英文文摘

致谢

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1.1 汽车座椅轻量化研究现状

1.1.1 汽车轻量化的意义

1.1.2 汽车轻量化在国内外发展现状

1.2 常用的汽车轻量化材料的主要性能

1.2.1 高强度钢的主要性能

1.2.2 铝合金材料的主要性能

1.2.3 镁合金材料的性能及在汽车轻量化上的应用

1.2.4 钛合金的主要优点及应用

1.2.5 塑料及复合材料的主要特点

1.3 我国铝及铝合金的应用及发展现状

1.3.1 我国铝及铝合金工业的发展历史

1.3.2 铝合金的主要分类

1.3.3 铝合金性能强化方法

1.4 我国铝及铝合金的成型工艺及其新发展

1.4.1 铸造工艺

1.4.2 铝合金的塑性成型工艺

1.4.3 铝合金成型技术新进展及发展趋势

1.5 铝合金在汽车轻量化中的应用

1.6 新型轻量化座椅骨架的设计要求

1.6.1 轻量化座椅的人性化要求

1.6.2 轻量化座椅的舒适性要求

1.6.3 汽车座椅的安全性要求

1.6.4 新型汽车座椅的人机工程学分析

1.7 本文研究的主要内容

第二章 实验内容及实验方法

2.1 引言

2.2 实验内容

2.2.1 混合稀土含量对ZL201组织和性能的影响实验

2.2.2 热处理工艺对ZL201组织和性能的影响实验

2.2.3 铸型条件对变质后ZL201合金组织和性能的影响实验

2.3 实验材料和设备

2.4 熔炼工艺和试样处理方法

2.5 轻量化座椅的设计方案

2.5.1 材料选择

2.5.2 结构设计方案

2.6 试验中和结构设计过程中可能遇到的问题和解决办法

第三章 实验结果与分析

3.1 引言

3.2 混合合稀土对ZL201组织和性能的影响

3.2.1 试样处理方案

3.2.2 混合稀土加入量对ZL201微观组织的影响

3.2.3 组织细化的动力学原因

3.2.4 混合稀土加入量对ZL201显微硬度的影响

3.3 热处理工艺对ZL201组织和性能的影响

3.3.1 试样处理方案

3.3.2 时效处理时间ZL201组织的影响

3.3.3 时效处理时间ZL201显微硬度的影响

3.4 混合稀土加入量对ZL201显微硬度的影响

3.4.1 试样处理方案

3.4.2 铸型条件对ZL201组织的影响

3.4.3 铸造模具对变质后ZL201显微硬度的影响

3.5 本章小结

第四章 新型轻量化汽车座椅基本骨架的设计

4.1 引言

4.2 某款老式座椅分析

4.2.1 外观分析

4.2.2 静强度分析

4.3 座椅靠背的优化设计

4.3.1 新型座椅靠背的主要尺寸

4.3.2 靠背结构设计过程

4.3.3 靠背的虚拟装配

4.3.4 靠背的静强度校核

4.4 座椅底座的优化设计

4.4.1 座椅支撑机构的设计

4.4.2 座椅框架的设计

4.4.3 连接架的设计

4.5 座椅主体骨架总装

4.6 本章小结

第五章 改进后座椅主体骨架的静强度分析

5.1 引言

5.2 有限元分析理论简介

5.3 座椅靠背骨架有限元模型的建立

5.3.1 几何模型的建立和简化

5.3.2 单元的选取划分及材料属性的设置

5.3.3 边界条件的确定

5.4 不同受力状态下模拟结果分析

5.4.1 应力分析

5.4.2 位移及变形分析

5.5 本章小结

第六章 全文总结

6.1 本文研究的主要内容

6.2 本文的主要结论

6.3 本文创新之处

6.4 尚需解决的问题

参考文献

硕士期间发表的论文