轿车后座椅骨架的安全性仿真研究

摘要

人们的生活水平越来越高，马路上奔驰的轿车也越来越多，但任何一件事都有好和坏两个方面，人们在获得交通方便的同时，逐年增加的交通事故也引发了一系列社会问题。据相关部门的统计显示，2012年我国的交通事故中涉及伤亡的有4.6万起，其中死亡人数1.1万人，除此之外还有大约5万人受伤;2011年我国死于交通事故的有6万人，这一年具有人员伤亡的交通事故一共发生了21万起;而在更往前的十年里，即2001-2010年，我国因为各种交通事故而死亡的人数有将近90万。座椅位于轿车内部，它是汽车内饰的一部分并且与驾乘人员的生命安全息息相关，座椅对驾乘者的保护作用已经逐渐引起了人们的关注，座椅的安全性也成为国内外的专家和学者对于座椅的最主要研究内容和方向。
　　 对于座椅的安全性，无论国内还是国外，以往的研究都将焦点集中在驾驶座椅上，而后排座椅总是被大家忽略。但是据消费者调查显示，在中国，高端车里坐在后排的往往是身份较高的人;而一辆普通车又通常供全家人一起使用，而且后排乘坐的往往是女人和孩子，因此，后排座椅的安全性不容小觑。对后排座椅安全性的研究，由于起步时间较晚并且受试验设备以及其它软硬件水平的制约，因此能够参考的数据和了解的信息都比较欠缺。目前，国内外许多大、中型座椅公司都借助有限元软件进行驾驶座椅的安全性分析，却没有将其很好的应用到后排座椅上，也几乎没有任何数据可供设计人员参考。
　　 在这种背景下，本文结合北京江森汽车部件有限公司的C50E和U201轿车后排座椅的开发项目，查阅了大量国内外座椅的相关文献并且多次到座椅开发厂家调研，对座椅安全技术的发展、国内外的研究现状以及座椅安全性研究的主要方法做了简要介绍。根据实习公司北京江森的软、硬件条件，选择HyperWorks和LS-DYNA作为仿真分析的前后处理和求解软件，了解软件的功能，学习软件的操作，掌握建立有限元模型的理论和方法。由于车辆的正面碰撞是最为常见的交通事故之一，因此结合国标GB15083-2006，对轿车C50E后排座椅骨架进行行李块后部撞击试验的动态分析;根据欧标ECE R14，对位于轿车U201后排座椅上的儿童座椅固定系统ISOFIX进行静强度试验仿真。本文还分别以台车动态试验和台架试验结果验证了行李箱后部撞击试验和ISOFIX静强度试验仿真结果的有效性。在此基础上，通过模拟不同的骨架及车身结构在正面碰撞事故中的表现特性，预先对座椅骨架各种结构设计方案进行可行性评估，及时避免重大的设计缺陷，对设计人员在今后进行类似结构的座椅设计具有一定的参考价值。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 汽车座椅结构与后座椅骨架介绍

1．1．1 汽车座椅的结构组成

1．1．2 轿车后座椅骨架结构

1．2 汽车座椅安全技术的发展

1．3 座椅被动安全性的主要研究方法

1．3．1 试验研究

1．3．2 有限元仿真研究

1．4 座椅安全标准

1．5 座椅强度概述

1．6 本课题的研究意义与主要内容

第二章 座椅骨架安全性分析的有限元理论和方法

2．1 有限元理论的发展

2．2 仿真模型的非线性

2．2．1 材料非线性

2．2．2 几何非线性

2．2．3 接触非线性

2．3 解决非线性问题的方法

2．3．1 中心差分算法

2．3．2 Newton-Raphson算法(N-R)及其修正算法

2．4 沙漏控制

2．4．1 形成原因

2．4．2 控制方法

2．5 本章小结

第三章 行李块撞击试验的仿真与试验

3．1 项目车型及其后座椅骨架结构介绍

3．2 行李块撞击试验标准与加速度分析

3．2．1 基于GB 15083-2006的行李块撞击试验标准

3．2．2 行李块撞击的加速度分析

3．3 利用HyperMesh建立CAE模型

3．3．1 抽取中面

3．3．2 几何清理

3．3．3 网格划分

3．3．4 材料定义和单元属性

3．3．5 连接定义

3．3．6 接触定义

3．3．7 边界条件

3．3．8 施加载荷

3．3．9 控制卡片设置

3．4 CAE模型仿真结果分析

3．4．1 行李块的运动速度与碰撞时间

3．4．2 座椅骨架受力情况分析

3．4．3 螺栓、旋转轴受力安全性验证

3．5 CAE模型有效性验证——台车试验

3．5．1 台车试验简介

3．5．2 试验原理与方法

3．5．3 试验结果

3．6 本章小结

第四章 座椅骨架抗冲击性能的影响因素分析与仿真研究

4．1 影响因素的确定

4．1．1 靠背后部的车身结构

4．1．2 地板与靠背翻转轴的相对高度

4．1．3 后备箱的空间距离

4．1．4 靠背锁的位置

4．2 参数影响程度仿真分析

4．2．1 靠背后部的车身结构的影响

4．2．2 地板与靠背翻转轴相对高度的影响

4．2．3 后备箱空间距离的影响

4．2．4 靠背锁位置的影响

4．3 静态试验模拟动态行李块撞击试验的方法

4．3．1 碰撞过程的理论计算

4．3．2 静态模型的建立及其与动态模型的对比

4．4 本章小结

第五章 儿童座椅固定系统静强度试验的仿真与分析

5．1 项目背景

5．1．1 项目简介

5．1．2 ISOFIX系统的结构组成

5．1．3 该车型ISOFIX系统的初始结构设计

5．2 基于ECE R14的ISOFIX固定系统的正向力试验标准

5．3 有限元模型的简化与建立

5．3．1 简化模型的基本思路和方法

5．3．2 有限元模型的建立

5．3．3 仿真结果

5．4 ISOFIX固定系统静强度试验的影响因素分析

5．4．1 弯曲时的正应力与弯曲变形

5．4．2 下固定点位置的影响

5．4．3 梁截面形状和尺寸的选择

5．4．4 坐垫倾角的设计

5．4．5 上固定点的布置

5．4．6 增加约束

5．5 结构改进与仿真结果的有效性验证

5．5．1 ISOFIX的结构改进

5．5．2 ISOFIX改进后的仿真结果

5．5．3 仿真结果验证

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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