DYNA在安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度仿真分析中的應(yīng)用

閆麗

摘要：安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度是汽車被動安全的一個重要指標(biāo)。在規(guī)定試驗(yàn)載荷情況下，必須保證安全帶不得從安裝固定點(diǎn)處脫落，且固定點(diǎn)滿足位移要求。本文結(jié)合某車型，利用DYNA對安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度進(jìn)行仿真分析，給出了可行的計算模型及改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：安全帶；固定點(diǎn)強(qiáng)度；DYNA；仿真分析

0 引言

汽車安全性是汽車的一項(xiàng)很重要的使用性能，它事關(guān)汽車駕、乘人員的生命安危。汽車安全問題已成為當(dāng)今最重要的研究領(lǐng)域之一，同時也是國家汽車質(zhì)量強(qiáng)制檢測法規(guī)的主要部分。安全帶是汽車被動安全的一個重要組成部分，其固定點(diǎn)必須具有足夠的強(qiáng)度。如何進(jìn)行安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度設(shè)計是汽車安全性設(shè)計必須要面對的問題。

隨著計算機(jī)技術(shù)和計算方法的發(fā)展，汽車碰撞過程的計算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生且日益成熟，在汽車碰撞仿真分析領(lǐng)域出現(xiàn)了一批優(yōu)秀的分析軟件，DYNA軟件就是其中的佼佼者，尤其是在大變形、高度非線性仿真分析領(lǐng)域有著不可或缺的作用。

本文以ECER14為基礎(chǔ)，結(jié)合某車型，運(yùn)用DYNA對安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度進(jìn)行分析，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)性分析，最后對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，使固定點(diǎn)強(qiáng)度能夠滿足ECER14要求。

1 法規(guī)要求簡介

1.1 安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)

ECER14法規(guī)規(guī)定安全帶固定點(diǎn)需進(jìn)行如圖1所示的試驗(yàn)。

試驗(yàn)要求加載裝置：

使用試驗(yàn)加載裝置，加載13500N的力到胸部牽引裝置和腰部牽引裝置上（圖1中P所示方向）。以盡可能快的速度加載至規(guī)定值，并至少持續(xù)0.2S。

1.2 試驗(yàn)要求

如果在規(guī)定的時間內(nèi)，持續(xù)按規(guī)定的力加載，則允許固定點(diǎn)或周圍區(qū)域有永久變形，包括部分?jǐn)嗔鸦虍a(chǎn)生裂紋。試驗(yàn)期間，上有效固定點(diǎn)應(yīng)滿足（1）的要求，下有效固定點(diǎn)的最小間隔應(yīng)滿足（2）的要求。

（1）上固定點(diǎn)滿足要求：

安全帶上有效固定點(diǎn)應(yīng)在與汽車縱向中心面垂直且過R 點(diǎn)的鉛垂平面后方且應(yīng)在C點(diǎn)的水平面上方。

C點(diǎn)位于R點(diǎn)鉛垂上方450mm處，若S大于280，則C和R之間的鉛垂距離應(yīng)為500mm。

S為安全帶上有效固定點(diǎn)至平行于車輛縱向中心平面的基準(zhǔn)平面P即座椅的中心平面的距離。

（2）下固定點(diǎn)滿足要求：

分別通過同一安全帶兩個下固定點(diǎn)的最小間隔不得小于350mm。對M1和N1類車輛的后排中央乘坐位置，若相對其他乘坐位置是不可移位的，則上述距離不可小于240mm。

2 仿真加載模型建立

2.1 加載模塊模型建立

利用前處理軟件ANSA建立所需加載模塊模型。

加載模塊有限元模型如圖2中左圖所示：

2.2 安全帶單元建立

此分析模型中需用三種安全帶單元，一維安全帶單元、二維安全帶單元及滑環(huán)單元。安全帶模型如圖2中右圖所示：

一維安全帶單元用關(guān)鍵字ELEMENT_SEATBELT建立，分別用關(guān)鍵字SECTION_SEATBELT及MAT_SEATBELT建立一維安全帶單元屬性及材料。

二維安全帶單元用關(guān)鍵字ELEMENT_SHELL建立，分別用關(guān)鍵字SECTION_SHELL及MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY建立二維安全帶單元屬性及材料。

滑環(huán)單元用關(guān)鍵字ELEMENT_SEATBELT_SLIPRING建立。

3 案例

3.1 某車型后排座椅基本狀態(tài)

后排座椅H點(diǎn)坐標(biāo)：（2266，0，340）；上有效固定點(diǎn)坐標(biāo)：（2587，-146，840）；S的長度為：150mm；C點(diǎn)位于R點(diǎn)上方450mm處；初始狀態(tài)上有效固定點(diǎn)位于R點(diǎn)上方500mm。

由以上數(shù)據(jù)可得上有效固定點(diǎn)在試驗(yàn)或仿真前后的X向位移都應(yīng)小于321mm，Z向位移都應(yīng)小于50mm。

一般車輛下有效固定點(diǎn)在設(shè)計初期便滿足要求，此車型下固定點(diǎn)滿足法規(guī)要求，本文對此不做過多闡述。

車型原狀態(tài)稱為初始模型，改進(jìn)狀態(tài)稱為改進(jìn)模型。

3.2模型改進(jìn)

經(jīng)過多次改進(jìn)仿真分析，最終根據(jù)仿真分析結(jié)果確定如下改進(jìn)方案：

增加備件如圖3：

在充分考慮生產(chǎn)工藝及裝配條件下，增加零件A、B、C、D，零件A、C、D采用2mm厚B340LA材料，零件B采用45號鋼。

改進(jìn)模型仿真變形如圖4：

其中X向位移193mm<321mm，Z向位移40mm<50mm，滿足法規(guī)要求。通過后期試驗(yàn)驗(yàn)證，此改進(jìn)方法有效，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

4 結(jié)論

此種安全點(diǎn)固定點(diǎn)強(qiáng)度分析方法可有效模擬安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)，可為整車安全性能設(shè)計與開發(fā)提供有效數(shù)據(jù)支持，進(jìn)而減少試驗(yàn)費(fèi)用，縮短開發(fā)周期。

參考文獻(xiàn)：

[1]ECER14.關(guān)于汽車安全帶安裝固定點(diǎn)認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定

[2]LS-DYNAK970 EYWORD USERS MANUAL