某車(chē)型中排座椅安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與優(yōu)化

王瑞哲

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某車(chē)型中排座椅安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與優(yōu)化

王瑞哲

（廣西艾盛創(chuàng)制科技有限公司，廣西 柳州 545007）

某車(chē)型中排座椅安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)在做安全帶拉力試驗(yàn)時(shí)，后內(nèi)側(cè)座椅安裝螺栓發(fā)生拉脫，無(wú)法滿足試驗(yàn)要求，試驗(yàn)失敗。文章通過(guò)研究中地板座椅安裝強(qiáng)度失效原因，利用CAE仿真軟件，對(duì)中地板座椅安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)以及焊點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)，在試驗(yàn)中未出現(xiàn)問(wèn)題，滿足試驗(yàn)法規(guī)相關(guān)要求。

中排座椅安裝點(diǎn)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；CAE分析

引言

汽車(chē)安全座椅是汽車(chē)普遍采用的安全裝備，是一種有效的成員保護(hù)裝置。車(chē)身座椅結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要保證可靠不失效，同時(shí)座椅與車(chē)身的連接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也必須得到保障[1]。在碰撞事故中，如果座椅安裝點(diǎn)區(qū)域失效，成員失去了固定支撐，可能造成人員傷亡的情況。汽車(chē)座椅安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)給與重視[2]。

本文結(jié)合某車(chē)型在做座椅安全帶拉力試驗(yàn)時(shí)，中排座椅后內(nèi)側(cè)安裝螺栓拉脫失效。結(jié)合CAE仿真分析手段，對(duì)其座椅安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)滿足試驗(yàn)法規(guī)要求，問(wèn)題得到解決。

1 問(wèn)題描述

注：1-右前座椅安裝點(diǎn)；2-左前座椅安裝點(diǎn)；3-左后座椅安裝點(diǎn)；4-右后座椅安裝點(diǎn)；5-中地板；6-座椅安裝加強(qiáng)板；7-中地板橫梁

某車(chē)型中排座椅左右兩側(cè)各一個(gè)，每側(cè)座椅安裝點(diǎn)共計(jì)4個(gè)，前后各兩個(gè)。前面兩個(gè)安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式是座椅安裝加強(qiáng)板與中地板本體形成焊接總成后通過(guò)安裝螺栓與座椅連接；后面兩個(gè)安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式是座椅安裝加強(qiáng)板與中地板本體形成焊接總成后再與后地板橫梁焊接，焊接后的總成在通過(guò)安裝螺栓與座椅連接。中地板座椅安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

某車(chē)型在做中排座椅安全帶拉力時(shí)，后內(nèi)側(cè)安裝螺栓出現(xiàn)拉脫的問(wèn)題，如圖2所示。

圖2 中排座椅后內(nèi)側(cè)安裝螺栓拉脫

2 原因分析

通過(guò)初步分析，中排座椅后內(nèi)側(cè)安裝螺栓出現(xiàn)拉脫問(wèn)題原因如下：

（1）安全帶施力點(diǎn)集中在座椅上，當(dāng)施加載荷時(shí)，作用力很大部分通過(guò)后內(nèi)側(cè)座椅支柱傳遞到后內(nèi)側(cè)安裝點(diǎn)。此時(shí)后內(nèi)側(cè)安裝點(diǎn)受到的是拉應(yīng)力，由于該結(jié)構(gòu)傳遞能力差，應(yīng)力集中明顯，故后內(nèi)側(cè)安裝點(diǎn)失效。安全帶安裝點(diǎn)位置如圖3所示。

圖3 中排座椅安全帶安裝點(diǎn)位置

注：1-中地板；2-座椅安裝加強(qiáng)板；3-座椅安裝螺母；4-中地板橫梁

（2）后內(nèi)側(cè)安裝點(diǎn)雖然搭接在中地板橫梁上。但座椅安裝加強(qiáng)板焊接在中地板，懸空于中地板橫梁上，Z向沒(méi)有有效的結(jié)構(gòu)做支撐，如圖4所示。當(dāng)施加載荷12.8KN時(shí)，安裝螺栓被拉起，中地板與座椅安裝加強(qiáng)板受到焊點(diǎn)力的拉扯被剝離，最終安裝螺栓完全拉脫，實(shí)驗(yàn)失敗。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

由于座椅本體結(jié)構(gòu)方案不做更改，所以需要更改后內(nèi)側(cè)座椅安裝點(diǎn)的結(jié)構(gòu)來(lái)提高此處的強(qiáng)度和剛度。

在中地板與中地板橫梁腔體內(nèi)，增加左、右座椅加強(qiáng)板以及座椅安裝螺母板，材料：ST37-2G，料厚1.5mm。座椅安裝螺母板焊接在座椅加強(qiáng)板腔體中，內(nèi)形成一個(gè)焊接總成：座椅加強(qiáng)板焊合總成。座椅加強(qiáng)板焊合總成焊接在中地板橫梁腔體中。其中左座椅加強(qiáng)板焊合總成與中地板橫梁搭接處增加12處焊點(diǎn)，4處CO2保護(hù)焊；右座椅加強(qiáng)板焊合總成與中地板橫梁搭接處追加12處焊點(diǎn)，2處CO2保護(hù)焊。通過(guò)追加左右座椅加強(qiáng)板焊合總成可以有效的提高中地板橫梁與中地板、座椅安裝加強(qiáng)板之間的強(qiáng)度和剛度，如圖5所示。

注：1-中地板橫梁；2-中排左座椅加強(qiáng)板；3-中排右座椅加強(qiáng)板； 4-螺母板；5-焊接螺母

原方案以及優(yōu)化方案CAE分析結(jié)果應(yīng)變?cè)茍D、焊點(diǎn)力如圖6所示。以下分析中A代表左座椅后內(nèi)側(cè)安裝座椅安裝腳區(qū)域；B代表右座椅后內(nèi)側(cè)安裝座椅安裝腳區(qū)域。

圖6（a） 更改前中排座椅后內(nèi)側(cè)座椅安裝點(diǎn)應(yīng)變?cè)茍D

圖6（b） 優(yōu)化后中排座椅后內(nèi)側(cè)座椅安裝點(diǎn)應(yīng)變?cè)茍D

由CAE分析結(jié)果可知，A區(qū)域的最大應(yīng)變值由更改前0.106變?yōu)閮?yōu)化后0.079，下降明顯。B區(qū)域最大應(yīng)變值由更改前0.113變?yōu)閮?yōu)化后0.111，變化不大?？紤]到最大應(yīng)變發(fā)生在螺母邊緣，所以失效風(fēng)險(xiǎn)較小。A區(qū)域的最大焊點(diǎn)力由更改前6.46KN變更到優(yōu)化后的1.863KN，降幅明顯。B區(qū)域的最大焊點(diǎn)力由更改前6.952變更為優(yōu)化后的2.829KN，小于焊點(diǎn)失效閥值3KN，失效風(fēng)險(xiǎn)小。

從應(yīng)變以及焊點(diǎn)力的分析結(jié)果來(lái)看，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)均滿足設(shè)計(jì)要求，改善效果明顯。因此可以判斷優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)能有效避免中排座椅安裝螺栓拉脫問(wèn)題出現(xiàn)。

圖6（c） 更改前中排座椅后內(nèi)側(cè)座椅安裝點(diǎn)焊點(diǎn)力分析

圖6（d） 優(yōu)化后中排座椅后內(nèi)側(cè)座椅安裝點(diǎn)焊點(diǎn)力分析

4 方案驗(yàn)證

采用優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行安全帶拉力試驗(yàn)驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明中排座椅后內(nèi)側(cè)座椅安裝螺栓沒(méi)有被拉脫，也沒(méi)有出現(xiàn)鈑金開(kāi)裂，焊點(diǎn)剝離等問(wèn)題。同時(shí)也滿足國(guó)家相關(guān)法規(guī)要求。仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合，這也恰好說(shuō)明本次仿真結(jié)果有一定可信性[3]。安全帶拉力試驗(yàn)后中排座椅安裝點(diǎn)圖片詳見(jiàn)圖7所示。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)，可以避免應(yīng)力集中，有效的把座椅傳遞過(guò)來(lái)的載荷快速分散到中地板橫梁上。提高了此處的剛度和強(qiáng)度，驗(yàn)證方案是可行的。

圖7 試驗(yàn)后中排座椅安裝點(diǎn)

5 結(jié)論

本文針對(duì)某車(chē)型中排座椅在做安全帶拉力試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)座椅安裝螺栓拉脫問(wèn)題，并對(duì)此進(jìn)行原因分析。通過(guò)初步分析找出兩點(diǎn)原因。并對(duì)拉脫的中排后內(nèi)側(cè)座椅安裝點(diǎn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并優(yōu)化。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)通過(guò)了CAE仿真分析以及試驗(yàn)的驗(yàn)證。滿足各項(xiàng)國(guó)家試驗(yàn)法規(guī)要求。本文的思路和經(jīng)驗(yàn)可以為以后出現(xiàn)類(lèi)似的問(wèn)題提供借鑒和參考。

[1] 徐國(guó)強(qiáng),路中鋒.后地板座椅安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2013（2）:42-45.

[2] 高凱云.汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)分析[M].北京理工大學(xué)出版社,2005.

[3] 賀成貴,李新華,李落星,陽(yáng)輝林.汽車(chē)座椅安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2017,7（31）:56-62.

Strength analysis and optimization of a certain vehicle intermediate floor chair gearing orders

Wang Ruizhe

（AISN AUTO R&D CO., LTD, Guangxi Liuzhou 545007）

A certain vehicle safety belt pull test was failure because posteromedial chair gearing orders installing bolts were pull out from intermediate floor and can't meet the experimental requirements. Intermediate floor chair gearing orders structure and welding spot were optimized by researching the reason of strength failure with CAE in this paper. The optimized structure pass the test and meet the requirements of test regulations.

intermediate floor chair gearing orders; structure optimization; CAE analysis

U467

B

1671-7988(2018)20-123-03

王瑞哲，男，（1984.1-），畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)，碩士，就職于廣西艾盛創(chuàng)制科技有限公司，從事汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)工作。

U467

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1671-7988(2018)20-123-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.045