承受沖擊時汽車座椅結構安全性研究

楊憶云

（上海同濟大學，上海 200000）

承受沖擊時汽車座椅結構安全性研究

楊憶云

（上海同濟大學，上海 200000）

人們生活水平的提升使得對行車安全越來越重視。汽車在承受沖擊時座椅結構安全性直接關系到人們的生命安全。動態(tài)化試驗研究積極構建汽車座椅結構安全模型。針對不同的座椅試驗產生的失效問題進行主要參數對比分析。汽車座椅結構安全性設計方案潛在的風險需要進一步的得到確認。

承受沖擊；汽車座椅；結構安全性

0 引言

汽車數量隨著人們生活水平的提升不斷的增多，交通事故也呈現上升趨勢。為了降低事故中汽車座椅承受的沖擊，減少人們的損傷，更好的保護人們的生命安全，需要對汽車座椅結構安全性進行全面的分析。利用仿真技術對座椅承受沖擊的強度進行動態(tài)化模型的構建，評價試驗效果，保證生產成本。本文對承受沖擊時汽車座椅結構安全性進行相應的研究。

1 座椅結構靜強度分析

1.1 座椅結構靜強度仿真

靜強度直接的影響著汽車座椅結構的安全性，在設計的過程中要特別的注意這一點。靜強度是汽車座椅在承載靜態(tài)壓力的時候對于結構安全性提出的基礎要求。構建有限元模型是開展座椅結構靜強度仿真的重要措施。通過靠背沿水平方向施加一定量的負荷，測試座椅靠背的質量。利用模擬計算出施加的荷載壓力，根據承受沖擊的實際情況，在固定點中負荷壓力進行加載，保證加載力區(qū)域中心進行連接。要實現負荷力均勻性，同時能夠對節(jié)點保證一定的約束，降低節(jié)點的依賴程度。構建有限元模型需要確定座椅各零部件數量，能夠對座椅進行整體結構分析，確定零部件的強度。根據不同的程度的要求對零部件功能進行劃分。座椅在承受沖擊的時候零部件強度對于安全性的發(fā)揮有著直接的影響。座椅在外部荷載力的作用下，會分析受力狀況，并且對外部荷載力進行分配，在承受最大荷載力的時候，會表現出較為復雜不規(guī)律的變化。在這種結構的影響下構建有限元模型會對精度產生影響。有限元模型主要采用的是多邊形單元，尺寸和形狀的變化會隨著區(qū)域調整產生一定的差異效果。計算有限元模型需要構建單元連接實現節(jié)點與單元的無質量剛性，將對應的單元節(jié)點通過約束的方式進行自由度的調整，模擬連接點的功能。座椅結構安全性在靜態(tài)下更加符合標準，并且能夠通過最大應力使局部應力更加的集中，這對座椅結構安全性影響較大。

1.2 仿真分析結果

根據構建之后的有限元模型分析加載應力分布情況，在承受荷載力分布對稱的情況下。座椅結構安全性會在荷載力作用下產生較大的變化，應力主要的集中在座椅的中上部，靠近頭部。這種情況下承受的沖擊將會使力直接的作用到頭部，對人體的危害程度較大。因此要將最大的沖擊力控制在200MPa以下，其他部分也應該將承受力控制在350MPa以下。通過對座椅結構安全性的分析將會得到強度，根據座椅與地板連接狀況，將座椅連接處施加一定的約束。按照試驗標準，將仿真試驗過程中的連接約束點通過不同的承受力進行重力分析，在荷載力不同的情況下最大位移情況會根據承受沖擊力產生不同的變化，最大位移為6.2mm。座椅結構安全性在最大應力作用下產生的局部位移對于人們的身體產生的影響較大。對于在不改變座椅結構下進行的聯接優(yōu)化，需要將座椅空間進行重新布置，通過有限元分析計算改善受力狀態(tài)，降低實際的承受沖擊力。

傳統(tǒng)座椅模型在實際試驗過程中需要進行結構的調整，這是進行有限元模型試驗的主要參考。隨著計算機技術的不斷創(chuàng)新發(fā)展，對于數值的分析越來越完善。有限元模型在構建的時候會通過仿真分析軟件功能最大限度的降低生產成本。使汽車零部件生產持續(xù)的縮短。在汽車座椅開發(fā)的過程中需要廣泛的引入有限元模型，開展仿真技術的應用。提升自身的研發(fā)能力。在開發(fā)的流程中將有限元模型融入到座椅結構安全性的調整中，通過物理試驗針對不同的有限元計算方式對不同的設計方案進行分析評價，找出產品中潛在的模式。針對有限元模型存在的一定誤差，在物理試驗的過程中要明確發(fā)生問題的主要原因。能夠利用有限元進行分析，開展汽車座椅結構優(yōu)化，改善產品質量，降低生產成本，最終滿足人們的需求。

2 座椅結構沖擊強度分析

2.1 建立碰撞模塊

在實際的沖擊過程中需要在汽車座椅中構建以剛體為形式的模塊，慣性中心要與幾何中心相互重合。模塊之間的結構是進行有限元模擬沖擊計算的重點。在沖擊的過程中模塊之間的接觸會不斷的進行變化，通過分析計算不同接觸面之間的關系，將座椅結構的強度通過剛性模塊進行表達。在接觸式剛性模塊中需要對不同的模塊進行定義。對同一個座椅結構需要在不同沖擊下進行試驗，這樣才能夠獲取相對應的碰撞模塊。模塊性能也會因為環(huán)境的不同產生一定的差異表現。通過試驗能夠獲取到汽車座椅是否符合試驗要求。汽車座椅在試驗過程中獲取的參數表達會隨著函數曲線的變化對汽車制動減少產生影響。根據函數曲線的上界進行積分，當最大承載力達到81.2km/h的時候，汽車制動減速度會在函數的下界進行積分。汽車不同的初始速度產生的撞擊計算的有限元會呈現曲線發(fā)展。汽車座椅產生的沖擊在速度發(fā)生改變的時候性能表現會具有差異性。在進行座椅結構設計的時候需要參考其他產品結構，在應用基礎之上進行設計的改進，不斷的豐富功能裝配，滿足生產成本的需求。在汽車座椅設計初期要對使用情況進行必要的了解，這樣能夠降低生產缺陷。在汽車座椅沒有受到約束的前提下不能夠進行使用，并且受到的沖擊將會徹底改變汽車座椅形狀，嚴重的危害到人們的生命安全。

2.2 座椅結構有限元模型

座椅結構有限元模型會呈現動態(tài)的變化特點，根據不同剛度下的座椅結構進行的仿真分析。在加速度曲線上升的時候有限元模型峰值會逐漸的增大，同時嚴重的威脅到人們的生命安全。當汽車座椅結構的崗地降低，加速度曲線峰值下降的時候，人們頭部承受的沖擊也會隨之降低，能夠保證人們的生命安全。座椅的特殊材質在保護人們生命安全的同時也發(fā)揮著作用。座椅在外部荷載力的作用下，會分析受力狀況，并且對外部荷載力進行分配，在承受最大荷載力的時候，會表現出較為復雜不規(guī)律的變化。在這種結構的影響下構建有限元模型會對精度產生影響。有限元模型主要采用的是多邊形單元，尺寸和形狀的變化會隨著區(qū)域調整產生一定的差異效果。在汽車座椅開發(fā)的過程中需要廣泛的引入有限元模型，開展仿真技術的應用。提升自身的研發(fā)能力。在開發(fā)的流程中將有限元模型融入到座椅結構安全性的調整中，通過物理試驗針對不同的有限元計算方式對不同的設計方案進行分析評價，找出產品中潛在的模式。針對汽車座椅有限元模型構建的安全性仿真試驗，需要保證靜強度分析，通過對比試驗結果與實際情況能夠獲取到主要的汽車座椅有限元模型結構安全參數。

3 結構安全性試驗驗證

汽車座椅裝置壓桿穩(wěn)定性要保證結構簡單，能夠及時的對汽車座椅進行調整。建立完善的校正模型，根據汽車座椅標識進行三維空間測量。利用旋轉矩陣實現座椅參數構建約束關系，同時利用計算機技術優(yōu)化計算方式，實現參數的最優(yōu)解。建立有限元模型，運行最優(yōu)求解方式獲取到座椅的測量空間，進一步的驗證空間三維坐標。模型的正確性將會使做起的標識更加的明確，中心坐標提取法會使汽車座椅實用性進一步的確認?？焖俚淖R別圖像背景，在汽車座椅標識基礎上二值化圖像，設計基礎數學形態(tài)，降低干擾同時開展圖像處理工作。在中心基點上進行像素定位，準確的獲取到汽車座椅的標識，在中心圖像中進行圖像測量，完成系統(tǒng)軟件的優(yōu)化。利用回放進行視頻文件的格式轉換，處理圖像模塊。在圖像測量模塊的主程序中對汽車座椅的承受沖擊進行試驗驗證，系統(tǒng)會自動根據設計要求調整參數。同一制動距離下對汽車座椅承受沖擊情況進行衡量，保證制動性能主要參數，并且在車輛行駛的過程中在完成靜止狀態(tài)下路程會隨著汽車的完全停下計算所用的時間，制動減速能夠反映制動力的大小，同時根據制動力的實際狀況對汽車座椅的效能避免溫度的提升。在恒定狀態(tài)下的制動效能主要反映了汽車座椅的抗熱衰性。

4 結構安全性影響因素

汽車座椅結構在承受沖擊的時候安全性不產生不同的表現，這種表現影響因素較多。在汽車受到碰撞產生變形的時候，根據擠壓程度，汽車座椅的安全區(qū)變形越小越好，遮掩更能夠使緩沖的總體剛度持續(xù)增大更好地保護人們的安全。同時緩沖區(qū)域剛性與沖擊力產生的矛盾關系將會發(fā)揮汽車座椅的功能。汽車主動安全裝置能夠降低交通事故發(fā)生的可能性，使汽車在承受沖擊的時候座椅能夠及時的反映并發(fā)揮作用。汽車的安全主要依靠主體性能結構進行保障。汽車在承受碰撞的時候產生的力將會作用到人們的身上。這時候要通過汽車座椅將人身上的承受的力轉移到其他的地方。汽車座椅中的棉性物質會將一定的承受力吸收掉。同時影響汽車結構安全其他的因素還有前后保險杠無非是兩個車身外觀件，首先是美觀，其次就是保障行人安全和自我外觀保護。比如，如果車的前后碰到行人，低強度的碰撞下，保險杠會有個自然的回彈，盡量降低對行人的傷害，如果是碰到一般的障礙物，自然回彈一下，保證保險杠不至子一下子變形破損。試想，如果保險杠里面不是兩塊泡沫，而是兩塊剛性非常好的支撐，碰撞的時候硬碰硬。

5 結束語

汽車承受沖擊時座椅結構安全性分析主要根據動態(tài)特點構建仿真模型。座椅動態(tài)特點分析之后在剛度一定的情況下，座椅材料變硬，這時候的加速度曲線峰值會逐漸的增大，不利于人們的乘車安全。利用模擬計算出施加的荷載壓力，根據承受沖擊的實際情況，在固定點中負荷壓力進行加載，保證加載力區(qū)域中心進行連接。針對這種情況，對于汽車座椅結構安全要進行優(yōu)化設計，具體計算性能影響會通過不同的幾何參數變化進行表達，通過計算分析設計值。在優(yōu)化數據基礎上強化性能增加理論實踐分析，使汽車座椅承受到沖擊之后能夠更加的保證人們的安全。

[1]鄭福榮.轎車碰撞安全性的評價及車身碰撞安全性設計.汽車技術[J]，2015(04).

[2]林逸.承受沖擊時汽車座椅結構安全性研究[J].北京理工大學學報，Vol.25No.1，2015(1).

[3]段昀.輝汽車座椅靜強度改進設計及頭枕安全性分析[D].吉林大學，2014,5,1.

[4]張君媛，黃炫，田迪斯，王洪斌.汽車正撞時后排座椅安全性的CAE分析與改進設計[J].汽車工程，2011,9,25.

[5]徐中明，郝煒雅，張志飛，晉杰.汽車座椅強度及碰撞仿真分析[J].重慶大學學報，2014,5,15.

U463.8

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1671-0711（2016）10（下）-0142-02