汽车座椅骨架轻量化及被动安全研究

论文摘要

随着汽车的普及，人们对汽车安全性能以及汽车的油耗日益关注。而研究表明汽车轻量化对汽车油耗有显著的改善作用。因此许多汽车生产厂家把汽车安全性设计和汽车轻量化设计列为重点研究项目来抓。汽车座椅作为汽车基本组成部件之一，不仅为乘员提供了舒适的乘坐性，还能在汽车发生交通意外时为乘员提供安全保障。而座椅轻量化是指在满足座椅强度和安全性能的前提下，尽可能地降低座椅的重量，从而达到结构优化，成本下降的目标。座椅的安全性和轻量化都已经成为当今汽车座椅设计与研发的主要方向。本文针对某车型的座椅，参照国家标准GB18053-2006的要求，重点研究了座椅骨架在20倍座椅总成重量工况和530Nm靠背翻转工况下的静态强度，并基于其静态强度对座椅骨架进行了轻量化设计。通过优化，座椅重量得到降低，骨架的结构更加合理，其应力分布更加均匀，最大应力比原座椅模型有所降低。在座椅动态强度分析中，参照国家标准相关试验的要求，研究了座椅骨架在靠背冲击吸能试验工况和座椅滑车试验工况下的被动安全性能。同时针对轻量化前后的座椅骨架模型在同一工况下的动态强度和变形能力进行了比较，从而综合评价座椅轻量化对其动态吸能性能和动态强度的影响。本课题主要有以下4个方面的工作：1.针对某车型的座椅，运用三维建模软件，建立座椅骨架的三维模型。然后对座椅骨架的各零部件按照其在承受外部载荷时所起到的作用将其分为承载类、辅助承载类和非承载类，并对不同的类型采用不同的方式建立有限元模型。2.参照国家标准GB18053-2006《汽车座椅、座椅固定装置和头枕强度要求和试验方法》中对座椅静强度试验的方法和技术的要求，对建立的座椅骨架模型进行约束和加载。在国家标准相关规定下，分析了座椅在20倍座椅总成重量工况和座椅靠背530Nm翻转工况下的静态强度，分析结果表明座椅的静强度满足国家标准的要求。3.运用尺寸优化的方法对座椅骨架进行结构优化。通过制定合理的优化目标，采用合适的优化变量和约束条件，在比较严苛的工况下进行骨架结构的优化分析。通过对优化结果进行圆整和修正，得到座椅骨架轻量化尺寸，并验证了轻量化后的座椅骨架的强度满足国家标准的要求。4.运用非线性理论，结合显性非线性有限元软件模拟汽车座椅在碰撞冲击时的安全性能，并对轻量化前后座椅的动态安全性能进行了比较。参照国家标准中对座椅靠背吸能和座椅滑车试验的要求，建立了座椅在这两种工况下的有限元模型，并对轻量化前后的两个模型进行碰撞仿真。仿真结果说明本次座椅轻量化对座椅动态安全性能没有影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 汽车安全概述
• 1.2 汽车座椅安全性能及其国内外发展现状
• 1.3 有限元在汽车座椅安全性能方面的应用
• 1.4 课题研究的意义及内容
• 第二章 汽车轻量化
• 2.1 轻量化技术的发展
• 2.2 汽车轻量化的目标及设计原则
• 2.2.1 汽车轻量化的目标
• 2.2.2 轻量化设计原则
• 2.3 轻量化优化设计
• 2.4 汽车轻量化途径
• 2.5 本章小结
• 第三章 汽车座椅有限元模型
• 3.1 有限元理论
• 3.2 汽车座椅有限元建立一般过程
• 3.3 座椅有限元详细模型的建立
• 3.3.1 几何模型的建立
• 3.3.2 座椅 CAD 模型的简化及几何清理
• 3.3.3 单元的选择与使用
• 3.3.4 连接关系的简化
• 3.3.5 边界约束的确定
• 3.4 本章小结
• 第四章 座椅骨架静态强度特性
• 4.1 汽车座椅静态强度法规
• 4.1.1 座椅总成强度法规
• 4.1.2 座椅靠背强度法规
• 4.2 汽车座椅总成静态强度计算
• 4.2.1 边界条件的确定
• 4.2.2 座椅总成强度计算结果
• 4.3 座椅靠背强度计算
• 4.3.1 边界条件的确定
• 4.3.2 座椅靠背强度计算结果
• 4.4 座椅骨架静态强度分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 汽车座椅轻量化设计
• 5.1 座椅轻量化
• 5.1.1 座椅轻量化设计方法
• 5.1.2 轻量化目标和约束变量的确定
• 5.1.3 轻量化分析计算
• 5.2 座椅轻量化的强度验证
• 5.2.1 轻量化的座椅总成强度分析
• 5.2.2 轻量化的靠背强度分析
• 5.3 座椅轻量化结论
• 5.4 本章小结
• 第六章 汽车座椅被动安全性能研究
• 6.1 非线性理论
• 6.2 座椅动态强度仿真
• 6.2.1 座椅靠背吸能仿真
• 6.2.2 座椅滑车试验仿真
• 6.3 座椅轻量化对动态强度的影响
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果
• 致谢