乘用车驾驶员座椅有限元分析【字数：8283】
摘 要伴随着中国经济的高速发展，中国汽车的数量在一直不断的增加，对于汽车的安全性与舒适性，人们也越来越重视起来。汽车座椅是汽车约束系统比较关键的部件。它将汽车与乘员连接起来，确保乘员的安全，同时提高乘员的舒适度。汽车座椅正确设计可最大限度减少车祸对乘员的伤害。汽车座椅强度的设计是在保证乘员安全的前提下，尽可能的避免结构损伤和功能失效。在计算机技术的大力帮助下，各种CAE软件为座椅的多角度研究提供了较多的可能性。同时，随着人们更加的关注汽车的油耗与排放，汽车轻量化已成为各大汽车公司研究的重点课题。汽车座椅的轻量化也成为座椅设计的研究与发展方向。本文以某轿车的旋转座椅为研究对象。座椅骨架主要参照国家标准GB15083-2006和GB11550-2009进行研究，既满足了座椅的功能要求，又保证了座椅的规范性要求，轻量化设计从结构和材料两个方面保证。完成轻量化设计后，对座椅骨架进行有限元分析，掌握座椅总成部件的强度和刚度，并对座椅总成进行拉伸试验，满足规范要求。根据研究需要，利用ANSYS软件对座椅骨架进行有限元建模。与汽车座椅拉力试验结果相比，座椅骨架的有限元模型是规范合理的。分析结果表明，座椅强度符合国家规定，但转盘强度和刚度不足。在分析结果的基础上，以安全性为前提，对座椅骨架的材料与结构进行了优化。经计算，优化后的模型能满足国家相关的规定，且优化不影响座椅的安全性，并且降低了座椅的质量。
Key words: car seat ;strength; tensile test; finite element analysis ; lightweight 目 录
1 绪论 1
1.1 汽车座椅简介 1
1.2 座椅安全设计的研究方法 1
1.3 有限元法在座椅骨架上的应用 2
1.4 本文的研究内容 3
2 座椅骨架的三维建模 4
2.1 座椅底座的建模 4
2.2 座椅靠背的建模 5
2.3 座椅转盘与滑轨的建模 6
2.4 零件图的装配 7
3 座椅骨架的优化 8
3.1 汽车轻量化主要手段 8
3.1.1 优化结构 8
3.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.2 使用轻合金材料 8
3.1.3 使用先进的制造或成型工艺 9
3.2 座椅骨架优化实例 9
4 座椅骨架有限元模型的建立 11
4.1 建立座椅结构的几何模型 11
4.1.1 ANSYS简介 12
4.1.2 座椅骨架的简化与几何清理 12
4.2 有限元网格的划分 12
4.2.1 网格质量的要求 12
4.2.2 单元的划分 13
4.2.3 单元材料的定义 13
5 座椅转盘的静强度特性分析 14
5.1 座椅拉力试验要求 14
5.2 工况条件 14
5.3 计算结果 14
6 结论 16
致谢 17
参考文献 18
1 绪 论
在汽车约束系统中，汽车座椅是其中比较重要的一部分，它在保证驾驶员安全的前提下，最大程度上地提高驾驶的舒适性、操作的便捷性和视野的开阔性[17 ]。随着我国汽车工业和科学技术的高速发展，市场与客户对汽车座椅的要求也是越来越高。汽车座椅的设计与制造涉及面非常广泛，包括人体工程学、力学和材料科学等多个领域[1]。
1.1 汽车座椅简介
汽车座椅作为汽车约束系统的重要部分，其作用是将乘员身体与汽车车身联系在一起，确保乘员在驾驶与乘坐的过程中，更加的舒适与安全。汽车座椅构成简单，一般由座盆、连接装置、靠背、头枕等几大部件组成。
一般汽车座椅的部件可分为钢质部件、泡沫塑料部件、塑料部件和织物等[17]。
汽车座椅的调角器处于座椅靠背与座椅坐盆之间，是为了适应不同乘员的乘坐姿态而设计的，乘员可以将座椅旋转一定的角度来调节[17]，并将座椅锁定在已经调整好的位置。
汽车座椅的转盘可以调节座椅的旋转，安装在座椅坐盆骨架与滑轨之间[17]，可以对座椅进行微调，也可以调节座椅使其面向后排，主要用于商务汽车之中，使用电动调节。
汽车座椅的滑轨可以调节座椅的前后平移，安装在座椅转盘与地面之间，按车身纵向水平排列[17]，调节后以方便驾驶员操作的安全性与舒适性，有手动与电动两种调节方式。
座椅高度调节装置一般安装在座椅坐盆下方，可对座椅一端或整个高度进行微调。
随着近年来科技在飞速进步，人们对驾驶体验需求也是越来越高，座椅的各种新功能接连不断的被研发制造出来，如按摩功能座椅、加热功能座椅、电子记忆装置等，提高了乘员乘坐的的舒适性[17]，以及汽车的质量。
1.2 座椅安全设计的研究方法
早期座椅的研究方法，大都是座椅的物理实验，其中主要包括座椅的静强度试验、车辆碰撞试验、使用不同专业设备和测量方法的小车试验，这些实验的发展已经成熟并得到了广泛的应用[17]。随着科学技术的发展与进步，计算机的仿真技术也在飞速发展，利用三维建模、有限元仿真实验、分析研究等方法，座椅的安全性设计可以得到很大的提高。
1有限元理论
有限元法的基础可分为两种思想，包括变分原理思想和近似分割思想。有限元法的思想大致可以概括为“先拆分后合并”，或者“归一化为零，再累加为零直至完成”[17]。
有限元分析的过程可分为三个主要步骤:
1)预处理:
预处理任务，主要是包括建立与分析目标结构几何模型。
2)计算:
根据各种不同的分析任务，调用不同的求解器对预处理后的方程进行求解，得到节点的位移等信息。
3)后处理:
细化处理最终的计算输出结果。
1.3有限元法在座椅骨架上的应用
汽车座椅从应力特性上来看，一般是属于杆结构，汽车座椅骨架承载着绝大部分的载荷，包括乘员的重量，汽车运行过程中产生的弯曲应力以及扭转应力 [17]。
早期的汽车座椅骨架结构较为简单，主要是通过连接管件形成的。以前采用的座椅模型主要是采用空间梁单元结构，模型的单元和节点数量较少，模型本身的结构是比较简单的。但是，随着工业与科技的不断发展，设计水平和工艺水平也在不断提高，分析的要求也随之越来越高，导致原有的空间梁单元结构模型仿真并不能满足，精度也无法达到分析和辅助的目的。伴随着汽车座椅的结构与功能越来越复杂，分析人员对分析软件的要求也越来越高，各种运算能力强大且多功能的有限元分析软件也应运而生，拥有带壳单元、实体单元等强大功能，实现了座椅的精确分析与辅助设计[17]。人们已经放弃了物理碰撞的方法来研究汽车的安全性能，特别是破坏性实验方法的吸收荷载和冲击的效果。
Key words: car seat ;strength; tensile test; finite element analysis ; lightweight 目 录
1 绪论 1
1.1 汽车座椅简介 1
1.2 座椅安全设计的研究方法 1
1.3 有限元法在座椅骨架上的应用 2
1.4 本文的研究内容 3
2 座椅骨架的三维建模 4
2.1 座椅底座的建模 4
2.2 座椅靠背的建模 5
2.3 座椅转盘与滑轨的建模 6
2.4 零件图的装配 7
3 座椅骨架的优化 8
3.1 汽车轻量化主要手段 8
3.1.1 优化结构 8
3.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.2 使用轻合金材料 8
3.1.3 使用先进的制造或成型工艺 9
3.2 座椅骨架优化实例 9
4 座椅骨架有限元模型的建立 11
4.1 建立座椅结构的几何模型 11
4.1.1 ANSYS简介 12
4.1.2 座椅骨架的简化与几何清理 12
4.2 有限元网格的划分 12
4.2.1 网格质量的要求 12
4.2.2 单元的划分 13
4.2.3 单元材料的定义 13
5 座椅转盘的静强度特性分析 14
5.1 座椅拉力试验要求 14
5.2 工况条件 14
5.3 计算结果 14
6 结论 16
致谢 17
参考文献 18
1 绪 论
在汽车约束系统中，汽车座椅是其中比较重要的一部分，它在保证驾驶员安全的前提下，最大程度上地提高驾驶的舒适性、操作的便捷性和视野的开阔性[17 ]。随着我国汽车工业和科学技术的高速发展，市场与客户对汽车座椅的要求也是越来越高。汽车座椅的设计与制造涉及面非常广泛，包括人体工程学、力学和材料科学等多个领域[1]。
1.1 汽车座椅简介
汽车座椅作为汽车约束系统的重要部分，其作用是将乘员身体与汽车车身联系在一起，确保乘员在驾驶与乘坐的过程中，更加的舒适与安全。汽车座椅构成简单，一般由座盆、连接装置、靠背、头枕等几大部件组成。
一般汽车座椅的部件可分为钢质部件、泡沫塑料部件、塑料部件和织物等[17]。
汽车座椅的调角器处于座椅靠背与座椅坐盆之间，是为了适应不同乘员的乘坐姿态而设计的，乘员可以将座椅旋转一定的角度来调节[17]，并将座椅锁定在已经调整好的位置。
汽车座椅的转盘可以调节座椅的旋转，安装在座椅坐盆骨架与滑轨之间[17]，可以对座椅进行微调，也可以调节座椅使其面向后排，主要用于商务汽车之中，使用电动调节。
汽车座椅的滑轨可以调节座椅的前后平移，安装在座椅转盘与地面之间，按车身纵向水平排列[17]，调节后以方便驾驶员操作的安全性与舒适性，有手动与电动两种调节方式。
座椅高度调节装置一般安装在座椅坐盆下方，可对座椅一端或整个高度进行微调。
随着近年来科技在飞速进步，人们对驾驶体验需求也是越来越高，座椅的各种新功能接连不断的被研发制造出来，如按摩功能座椅、加热功能座椅、电子记忆装置等，提高了乘员乘坐的的舒适性[17]，以及汽车的质量。
1.2 座椅安全设计的研究方法
早期座椅的研究方法，大都是座椅的物理实验，其中主要包括座椅的静强度试验、车辆碰撞试验、使用不同专业设备和测量方法的小车试验，这些实验的发展已经成熟并得到了广泛的应用[17]。随着科学技术的发展与进步，计算机的仿真技术也在飞速发展，利用三维建模、有限元仿真实验、分析研究等方法，座椅的安全性设计可以得到很大的提高。
1有限元理论
有限元法的基础可分为两种思想，包括变分原理思想和近似分割思想。有限元法的思想大致可以概括为“先拆分后合并”，或者“归一化为零，再累加为零直至完成”[17]。
有限元分析的过程可分为三个主要步骤:
1)预处理:
预处理任务，主要是包括建立与分析目标结构几何模型。
2)计算:
根据各种不同的分析任务，调用不同的求解器对预处理后的方程进行求解，得到节点的位移等信息。
3)后处理:
细化处理最终的计算输出结果。
1.3有限元法在座椅骨架上的应用
汽车座椅从应力特性上来看，一般是属于杆结构，汽车座椅骨架承载着绝大部分的载荷，包括乘员的重量，汽车运行过程中产生的弯曲应力以及扭转应力 [17]。
早期的汽车座椅骨架结构较为简单，主要是通过连接管件形成的。以前采用的座椅模型主要是采用空间梁单元结构，模型的单元和节点数量较少，模型本身的结构是比较简单的。但是，随着工业与科技的不断发展，设计水平和工艺水平也在不断提高，分析的要求也随之越来越高，导致原有的空间梁单元结构模型仿真并不能满足，精度也无法达到分析和辅助的目的。伴随着汽车座椅的结构与功能越来越复杂，分析人员对分析软件的要求也越来越高，各种运算能力强大且多功能的有限元分析软件也应运而生，拥有带壳单元、实体单元等强大功能，实现了座椅的精确分析与辅助设计[17]。人们已经放弃了物理碰撞的方法来研究汽车的安全性能，特别是破坏性实验方法的吸收荷载和冲击的效果。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/602.html
