汽车座椅强度仿真分析及优化
基于仿真分析的汽车座椅鞭打性能研究和优化
10.16638/ki.1671-7988.2020.02.033基于仿真分析的汽车座椅鞭打性能研究和优化陆超（无锡开放大学，江苏无锡214011）摘要：针对某款轻型客车的手动八向主驾座椅的座椅鞭打试验结果进行改进，通过各个零件的材质替换和结构改进，成功提升了伤害考核指标中的评分，文章着重对仿真分析结果进行分析比较，对不合理的结构进行优化设计，取得明显的改善效果，为整车的被动安全性能提供了足够的支撑。
关键词：鞭打试验；汽车座椅；损伤分析中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)02-102-04Research and optimization of whiplash performance of car seat basedon Simulation AnalysisLu Chao( Open University of Wuxi, Jiangsu Wuxi 214011 )Abstract: Aiming at the improvement of the seat whip test results of the manual eight way driver seat of a light bus, through the material replacement and structural improvement of various parts, the scores in the injury assessment indexes have been successfully improved. This paper focuses on the analysis and comparison of the simulation analysis results, optimizes the unreasonable structure design, and achieves obvious improvement effect, which is the passive safety performance of the whole vehicle Provide adequate support.Keywords: Whipping test; Car seat; Damage analysisCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)02-102-04前言随着经济的发展，汽车逐渐融入人们的日常生活中，交通追尾事故也时有发生，被碰撞车辆的车内乘员在碰撞加速度与头部惯性力的共同作用下，颈部会产生一个像被鞭子抽的动作。
应用Hypermesh软件进行汽车座椅强度及碰撞仿真分析
应用Hypermesh软件进行汽车座椅强度及碰撞仿真分析随着汽车工业现代化技术的发展，汽车广泛的进入人们生活中，而汽车座椅做为与人体直接接触的部件，其舒适性和安全性的重要程度是不言而喻的。
本文应用Hypermesh软件对汽车座椅静强度及碰撞及逆行有限元仿真分析，以供参考。
标签：汽车座椅；强度；碰撞；有限元仿真分析引言近年来，随着汽车保有量的增加，汽车道路交通事故呈逐年上升趋势。
在这些事故中，座椅作为减少损伤的安全部件对乘员起到了决定性的保护作用，使其成为汽车安全性研究中的重要部件。
采用有限元仿真技术，对座椅靠背进行静强度以及碰撞冲击强度分析，可减少开发过程中设计、试验、分析和评价循环的成本，缩短研究时间。
GB15083-2006标准中要求：当座椅处于制造厂所规定的正常使用位置时，构成行李舱的座椅靠背或头枕应具有足够的强度以保护乘员不因行李的前移而受到伤害。
试验的过程中及试验后，如果座椅及其锁止装置仍保持在原位置，则认为满足此要求。
一、汽车座椅有限元模型的建立（一）、搭建模型：用Hypermesh中的提取中面功能，抽取中面建立有限元模型，搭建被测汽车座椅骨架模型和地板模型，在不影响正常分析结果的前提下适当简化了运算模型，见图1。
图1 座椅强度分析的有限元模型其中座椅骨架采用壳单元进行网格划分，采用单元长度基准为10mm、最小单元长度不小于5mm、最大单元长度不大于13mm的规则来划分网格。
各钣金件之间的焊点和螺栓用刚性连接模拟。
建立的有限元模型共有节点个28640，壳单元23477个，体单元7718个，刚性连接694个。
利用ANSA软件LS-DYNA 模块对图1所示模型进行边界条件的加载及其属性（材料参数和厚度）定义，其中座椅骨架所用材料及厚度、直径见表1。
模型的加载过程按照标准GB15083-2006中的要求进行，发生碰撞前，行李箱模块以50km/h的初速度做减速运动，减速度为20g。
表1 座椅骨架材料（二）、边界条件的确定在进行座椅强度分析时，根据座椅与车身地板的连接形式和安装位置，在座椅骨架中锁柄连接处以及靠背与车身地面的铰接处施加约束。
基于LS-DYNA的儿童座椅ISOFIX分析研究
基于LS-DYNA的儿童座椅ISOFIX分析研究随着汽车行业的发展，越来越多的家庭选择自驾游玩，儿童乘车安全问题开始引起人们的关注。
儿童座椅是保障儿童乘车安全的重要设备，其中ISOFIX儿童座椅因其结构简单、安装方便等优点，逐渐得到市场认可。
本文基于LS-DYNA软件，对ISOFIX儿童座椅进行了分析研究，为儿童车座椅的改进提供技术支持。
ISOFIX儿童座椅的设计主要考虑了三个方面：座椅与汽车座椅的连接、座椅本身的稳定性、以及对儿童身体的保护。
其中，连接是关键，其主要为四点联结模式，分别位于儿童座椅的底部和顶部。
为确保ISOFIX儿童座椅的连接强度和稳定性，本文进行了动力学仿真分析。
首先，将ISOFIX儿童座椅和汽车座椅建立起物理模型。
通过引入初始几何、边界条件、材料参数等条件，建立数字化模型。
然后，应用LS-DYNA软件进行动力学仿真计算。
仿真过程中应考虑多种因素，如时域、空间域等。
通过计算建立在正常行驶情况下的ISOFIX儿童座椅连接强度及动态稳定性。
在仿真分析中，根据儿童座椅的尺寸和结构特性，建立不同的仿真载荷场景。
这些载荷场景包括静负载和动负载，如急刹车、侧向翻滚等情况。
仿真分析的结果表明，ISOFIX儿童座椅的连接强度和稳定性都很好。
即使在最为严峻的情况下，连接件也不会发生破坏或滑动，能够保障儿童的乘车安全。
此外，仿真分析还揭示了ISOFIX儿童座椅的进一步优化空间。
例如，在设计时可以考虑增加座舱侧面的支撑，以保护儿童头颈部分。
还可以在座椅内部增加减震材料，以更好地缓解碰撞产生的冲击力。
这些优化措施，将有效提高ISOFIX儿童座椅的安全性和舒适性，更好地满足市场需求。
综上所述，ISOFIX儿童座椅的设计和优化离不开动力学仿真分析。
基于LS-DYNA软件的仿真分析，有助于我们全面了解儿童座椅的连接强度、稳定性和儿童身体保护能力，并为座椅的设计和改进提供技术支持。
未来，随着汽车行业技术的发展，ISOFIX儿童座椅仍会得到进一步的优化和改进，以提高儿童乘车安全性和舒适性。
乘用车座椅isofix儿童固定点强度分析
14510.16638/ki.1671-7988.2020.01.043乘用车座椅ISOFIX 儿童固定点强度分析霍成鹏1，贝拥2，朱峰1，黄海峰2（1.华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141；2.沈阳金杯安道拓汽车部件有限公司，辽宁 沈阳 110179） 摘 要：文章针对汽车三人座椅的ISOFIX 的设计，满足国家强制法规要求，通过FEA 对不同工况的ISOFIX 固定点的强度分析，分析计算结果，得出ISOFIX 设计满足设计要求，X 点位移量均小于125mm ，该设计具有良好的被动安全性。
关键词：ISOFIX ；座椅强度；优化设计中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)01-145-03Simulation Analysis of ISOFIX Anchorage Strength of Passenger CarHuo Chengpeng 1, Bei Yong 2, Zhu Feng 1, Huang Haifeng 2（1.Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141; 2.Shenyang Jinbei Adient Automotive Components Co., Ltd., Liaoning Shenyang 110179）Abstract: The paper to vehicle seat ISOFIX design. Must correspond the mandatory rule of natonal law. Based on FEA to defferent ISOFIX condition anchorage strength analysis. Analysis calculation result is the ISOFIX design meet the design requirements, displacement of X-point is less than 125 mm. The design has better passive safety. Keywords: ISOFIX; Seat Strength; Optimal DesignCLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)01-145-03前言近年来，对座椅法规的要求越来越严格，据统计，2012 年全国道路交通事故219521 起，254075 人受伤，65225 人死亡，其中包括1.85 多万名14 岁以下儿童死亡，死亡率为美国的2.6 倍，欧洲的2.5 倍[1]。
汽车座椅的强度仿真分析与研究
汽车座椅的强度仿真分析与研究叶芳; 徐中明; 翟喜成【期刊名称】《《机电工程》》【年(卷),期】2019(036)011【总页数】6页(P1188-1193)【关键词】汽车座椅; 有限元方法; 静强度; 疲劳强度; 仿真【作者】叶芳; 徐中明; 翟喜成【作者单位】重庆工商职业学院智能制造与汽车学院重庆400052; 重庆大学机械工程学院重庆400030; 重庆市育才职业教育中心重庆401520【正文语种】中文【中图分类】TH114; U4830 引言汽车在路面上行驶，承受着复杂的载荷并产生车体的随机振动。
传递到座椅上的随机振动是座椅骨架疲劳破坏的主要原因；另一方面，汽车座椅在起步、紧急制动、碰撞等工况下承受着很大的冲击载荷，尤其是发生碰撞时，作用在座椅上冲击力非常大，很可能造成座椅骨架损毁，并对驾乘人员造成伤害。
因此，汽车座椅必须有足够的强度。
在进行座椅强度设计时，必须对其进行强度计算。
目前，汽车座椅产品的设计多以模仿为主，存在结构不合理等缺点，从而导致座椅可靠性和乘坐舒适性较差等问题。
采用有限元仿真技术，对座椅进行静强度、疲劳强度分析，可以减少开发过程中设计、试验、分析、研究时间[1-2]。
本文将根据有限元理论，采用虚拟仿真技术，应用Hypermesh、Ls-dany、MSC.Nastran、Abaqus、MAC.Fatigue等多种CAE分析软件，对某轿车座椅的静强度、疲劳强度进行分析。
1 汽车座椅有限元模型建立以某款两厢轿车所配备的主驾驶座椅为研究对象，其骨架主要由靠背、座盆支架、座盆、头枕、调角器、滑轨等焊接而成。
座椅总成的重量为20.89 kg，其中，座垫软垫重量为1.48 kg，靠背软垫重量为1.78 kg，座椅骨架重量为16.38 kg，头枕重量为0.78 kg。
首先本研究采用三坐标激光测量仪器获得物体表面的三维坐标和色彩信息，得到一个离散点的集合(点云)，经扫描共获得859 658个点。
汽车座椅电机的低频NVH性能分析与优化武新新1孟娜2
汽车座椅电机的低频NVH性能分析与优化武新新1 孟娜2发布时间：2023-06-23T10:04:06.880Z 来源：《中国科技信息》2023年7期作者：武新新1 孟娜2 [导读] 本文研究了汽车座椅电机的低频NVH（噪声、振动和刺激）性能分析与优化方法。
在低频NVH问题分析的基础上，结合结构优化、控制策略优化、材料选择与设计优化以及整体系统优化方法，旨在改善座椅电机的低频NVH性能，提高乘坐舒适性。
通过实验测试和仿真分析，验证了所提出的方法的有效性。
研究结果表明，优化座椅电机的结构、控制策略和材料选择，以及考虑整体系统的相互作用，可以显著降低座椅电机的振动和噪声水平，提升乘坐体验。
1身份证号：12022519880729XXXX2身份证号：12022519891010XXXX 摘要：本文研究了汽车座椅电机的低频NVH（噪声、振动和刺激）性能分析与优化方法。
在低频NVH问题分析的基础上，结合结构优化、控制策略优化、材料选择与设计优化以及整体系统优化方法，旨在改善座椅电机的低频NVH性能，提高乘坐舒适性。
通过实验测试和仿真分析，验证了所提出的方法的有效性。
研究结果表明，优化座椅电机的结构、控制策略和材料选择，以及考虑整体系统的相互作用，可以显著降低座椅电机的振动和噪声水平，提升乘坐体验。
关键词：汽车座椅；电机；低频NVH；性能分析；优化座椅电机作为汽车座椅的重要组成部分，其低频NVH性能对乘坐舒适性和驾驶体验具有重要影响。
然而，由于结构、控制和材料等因素的限制，座椅电机在运行过程中常常面临振动和噪声问题。
因此，研究座椅电机的低频NVH性能分析与优化方法具有重要的理论和实际意义。
本文旨在通过综合运用结构优化、控制策略优化、材料选择与设计优化以及整体系统优化方法，提出一种综合性的座椅电机低频NVH性能优化方案。
1低频NVH性能分析方法1.1噪声、振动和刺激的测量与评估在汽车座椅电机的低频NVH性能分析中，准确测量和评估噪声、振动和刺激是至关重要的。
专用小学生校车座椅的CAE仿真分析及试验验证
据安装 螺栓孔 进行 三维装 配 。为 了减少 不必要 的计 算 量 ， 实 际建模 时进行适 当的简 化 ， 在 除去一些 对结 果影
响不大 的倒角 和凸台。 将建立好 的三维模 型转 化为 Ｉ Ｅ Ｇ Ｓ格式输 出后 导入
的接 触 采 用 自动 面 一面 接触 （Ｃ ｎ ｃ Ａ ｔ ａ ｃＳ ｒ ＊ ｏ ｔ ｔ ｕｏ ｔ＿ ｎ～ ａ＿ ｍ ｉ
ＣＡＥ ｉ ｕｌ ｔｏ ａ ｄ ｐ ｒｍ ｅ ａ ｒｆｃ ｔｏ ｆＳｐ ｃ ａ Ｓ ｍ ａ ｉ ｎ ｎ Ｅｘ ｅ ｉ ｎｔ ｌＶｅ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｉ ｌ ｉ Ｐｕｐ ｌ ｃ ｏ ｉ ｈｏ ｌ Ｓ ＢｕｓＳ ａ ｅ ｔ
（ ｕ－ ｕ， Ｎ ｉ，Ｉ ｈ ｎ ｙａ ，Ｉ ａ， ＯＸｎ —ｉ ＭＡＲ ｉｘｅ ＷＡ ＧＸ ｎ ＮＺ ｅ－ ｕｎＬ ｏ Ｑ Ｔ ＭＡ ｉｇｚ）
校 车座椅 标准Ｉ ｌ 】 发布 实施后 ， 由于该标 准 与现有 的 座椅标 准有较大 的差异性 ， 没有引起 多数 座椅企业 的重
Ａ Ｓ Ｎ Ａ软件 中 ，对模 型进
行 几何 清理及 网格 划分 。
视， 导致很 多试验样 品不能满足标 准要求 。某款校车 座
椅初 次试 验不合 格 ， 业 自己进行 多次直 观改进 ， 多 企 再 次试验 都未通过该标准要求 。 后经重庆车辆检测研究 院 为其进 行仿真分析 ，有针对 『地进行结构改进 后试验 才 生 合格 。基 于此 ， 文采用有 限元仿 真分析方法 建立该校 本 车座椅有 限元 模型 ， 并结合试 验验证该模 型的有效性 和 可靠性 ； 通过 Ｃ Ｅ仿真模拟 座椅试验全过程 ， Ａ 根据 Ｃ Ｅ Ａ
摘 要 ： 对 某 款 校 车 座椅 多 次试 验 不合 格 的 情 况 ， 用 Ｃ Ｅ方 法 对 其 进 行 仿 真 模 拟 分 析 ， 过 试 验 验 证 针 采 Ａ 通
汽车座椅安全带锚固定点强度分析
汽车座椅安全带锚固定点强度分析周旺;李晶【摘要】为研究汽车座椅是否满足安全带固定点强度要求,结合某车型利用ANSA 软件建立了座椅有限元模型.依据GB 14167-2013规定的试验方法,运用LS-DYNA软件进行座椅安全带固定点强度仿真分析.结果表明座椅右侧滑轨存在强度不足.根据实验结果提出优化的结构设计方案,并进行了仿真验证.验证结果表明:优化后的汽车座椅强度符合法规要求,为工程技术人员在产品设计阶段提供重要参考.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】4页(P36-39)【关键词】汽车座椅;安全带;结构强度;仿真【作者】周旺;李晶【作者单位】西安工程大学机电工程学院,陕西西安710600;西安工程大学机电工程学院,陕西西安710600【正文语种】中文【中图分类】U461.910 引言汽车座椅不仅是用来支撑乘员身体使其具有一定的舒适性，在汽车被动安全中也起到保护成员避免或减少伤害的作用[1]。
汽车座椅安全带固定点强度作为衡量汽车被动安全的一个重要指标，汽车座椅安全带固定点试验是车辆《公告》强制性要求的试验项目[2]。
GB 14167-2013《汽车安全带安装固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》[3]中明确了安全带固定点试验的方法和评判标准。
在产品开发前期，可以通过计算机建立座椅有限元分析模型，按照真实试验条件摆放和加载进行求解计算，得到仿真试验模拟动画、位移、塑性变形等参数。
肖永富等[4]比较了显式分析与隐式分析的特点，得出显式分析更加适用于座椅安全带固定点强度试验仿真的结论。
赵波等人[5]对汽车座椅上的调角器进行了设计，同时使用软件HyperWorks进行仿真分析，提升了座椅的安全性。
Y M TANG等[6-7]将CAE分析软件仿真模拟与真实试验进行对标，其结论表明：CAE分析软件仿真模拟与真实试验结果高度吻合，说明计算机仿真对试验具有一定的参考意义。
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汽车座椅强度仿真分析及优化
Static Strength Analysis and Structure
Optimization by FEM in Vehicle Seat
宋广晶，李翠萍，朱莉，牟雪雷，刘加林，王志奇
（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，保定071000，中国）摘要：本文基于HyperMesh软件建立座椅强度仿真分析的有限元模型，通过 HyperView 后处理提取分析结果，得到了整个分析过程中座椅的变形过程及应力分布情况，并对模拟结果进行了优化，同时对优化结果进行了计算验证。
关键词：汽车座椅；强度；仿真分析；优化;HyperMesh
Abstract：A finite element model of an automobile seat strength was established using HyperMesh. The distortion and stress distribution was displayed by HyperView . The model was optimized , while the optimization results was verify by calculations.
Key words：Automobile seat；Strength ;Simulation analysis；Optimization；HyperMesh 前言
随着汽车保有量的日益增加，人们对汽车安全性能的要求越来越高。
汽车安全性能分为主动安全性和被动安全性，被动安全性在汽车工业中更是发展迅速的领域。
汽车座椅强度是汽车被动安全的一个重要指标。
GB 15083-2006标准中要求[1]，当座椅处于制造厂所规定的正常使用位置时，构成行李舱的座椅靠背或头枕应具有足够的强度以保护乘员不因行李的前移而受到伤害。
试验的过程中及试验后，如果座椅及其锁止装置仍保持在原位置，则认为满足此要求。
在试验期间，允许座椅靠背及其紧固件变形，但是被测座椅靠背向前方移动的距离不能超过座椅的R点前方100mm处的一横向垂面，被测座椅头枕向前方移动的距离不能超过座椅的R点前方150mm处的一横向垂面。
一、模型搭建
利用HyperMesh中MidSurface（提取中面）功能抽取中面[2]建立有限元模型。
搭建被测汽车座椅骨架模型和地板模型，在不影响正常分析结果的前提下适当简化了运算模型见图1。
钣金件之间的焊点和螺栓用刚性连接模拟。
其中座椅骨架采用壳单元进行网格划分，单元长度基准为10mm，最小单元长度不小于5mm，最大单元长度不大于13mm的规则来划分网格。
建立完成的有限元模型共有节点28640个，壳单元23477个，体单元7718个，刚性连接694个。
表1座椅骨架材料 材料 厚度/mm 直径/mm
Q195 2.0
Q195 5.0
SPHC 1.5
SPFH780 3.0
SAPH44
2.6 QSTE42
4.0 QSTE34
0 3.0
Q235 6.0
DC06 1.4
B340LA 1.0
利用HyperMesh 软件LS-DYNA 模块对图1模型进行边界条件的加载及其附属性（材料参数和厚度），其中座椅骨架所用材料及厚度/直径见表1。
模型的加载过程按照标准GB15083-2006《汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》4.15.1中的要求进
4.1
5.1中的要求进行加载，发生碰撞前，行李箱模块以50km/h 的初速度做减速运动，减速
度为
20g 。
二、仿真分析
经Ls-dyna 求解计算[3]，通过HyperView 后处理提取分析结果，后排座椅的运动趋势如图2所示。
其中（a ）～ （d ）表示 0～0.12s 后排座椅的运动趋势，从（d ）图中靠背骨架及头枕靠背骨架均超出标准平面，靠背骨架超出参考平面43mm （x 方向垂直距离），头枕骨架超出参考平面70mm （x 方向垂直距离），不能满足法规要求。
三、原因分析
图3为行李箱模块与座椅靠背发生碰撞后，模型的应力云图[4]。
从图中可以看出，应力最大值为500MPa 以上，主要集中在座椅调角器的支架位置，最大值为510.8MPa ，其余部
后排座椅运动趋势 （a ） （c 70mm
位的应力均处于400MPa以下。
图4为行李箱模块与座椅靠背发生碰撞后，模型的位移云图。
从图中可以看出，最大位移发生在头枕骨架，位移量为1321mm，且超出参考平面，不满足法规要求，并且座椅靠背骨架中上部严重变形，位移量较大，影响了座椅乘坐安全性。
图5为座椅的严重变形区域，其中图（a）为调角器支架的变形图，图（b）为调角器
主板的变形图，从图5中可以看出，调角器支架、调角器主板都发生严重变形，是导致行李箱与座椅发生碰撞后座椅头枕和骨架超过参考平面的主要原因。
造成座椅骨架损坏件较多的原因主要有：
1）座椅靠背骨架整体结构强度不够、调角器支架材料强度及主板结构强度差，不足以提供行李箱在碰撞过程中的支撑力；2）调角器强度差，降低了调角器主板和调角器支架的整体刚度。
（a）调角器支架变形（b）调角器主板变形
图6优化后座椅骨架
图4 后排座椅位移云图
图5 后排座椅严重变形区域
图3后排座椅应力云图
调角器支架
（新增翻边结构）
调角器主板
（新增加强筋结构）新增加强管梁
四、优化与计算验证
参考模拟结果，对座椅骨架进行优化如图6所示，其中1）合理增强座椅靠背的强度，采用在座椅靠背骨架增加加强板方案；2）合理增强调角器主板的结构方案，采用增加加强筋；3）合理增强调角器支架，增加翻边方案，还可采用材料屈服强度较大的材料。
并对优化后的模型进行计算验证，验证结果如图7所示，改进后头枕杆及座椅骨架均未超出参考平面，靠背骨架距标准平面77mm （x 方向垂直距离），头枕骨架距参考平面98mm （x 方向垂直距离），满足法规要求。
图7改善后座椅强度分析有限元模型
五、结论
针对被测汽车座椅，利用HyperMesh 、LS-dyna 、HyperView 有限元软件，依据GB15083法规进行了座椅强度仿真分析，从中可以观察整个碰撞过程中座椅系统各部件的形状、应力等变化过程，从而方便设计人员对其结构及材料进行优化和改进。
利用有限元分析的方法，在产品开发前期，设计阶段避免设计重复，缩短产品开发的周期、节约产品成本。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家质量监督检查检疫总局，中国国家标准化管理文员会. GB
15083-2006汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法[S]. 北京：中国标准初版社，2007
[2]杨忠俊 HyperMesh 在轿车车座椅动态分析中的应用[J].Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集
[3] 韩峰 陈现岭 座椅行李箱冲击仿真分析[J]. 汽车工程师, 2012（11）：45-47.
[4]徐中明 郝炜雅 张志飞等 汽车座椅强度及碰撞仿真分析[J].重庆大学学报2009（5）513-515 98mm
77mm。