驾座头枕静强度有限元分析报告
学生作业——货车摇枕的有限元分析
货车摇枕的有限元分析机制B09*班 *** ************摘要：通过分析摇枕的结构特点，选用ANSYS软件作为有限元分析工具，根据摇枕结构特征及载荷情况，按照与实际相符合的原则建立摇枕模型。
依据TB/T1335-1996《铁道车辆强度及试验鉴定规范》，对摇枕的主要载荷进行计算和工况分析。
由于摇枕结构复杂，需要用第四强度理论进行评价，即用当量应力对静强度进行了评定。
关键词：摇枕；有限元分析；载荷工况；强度计算1、概述伴随着国家经济的迅速发展，以及我国制造业的迅猛成长和运输车辆向高速、重载和轻量化方向的迅速发展，对于运输车辆的可靠性的要求也越来越高。
摇枕作为车辆转向架主要承载部件之一，在使用过程中承受着巨大的拉、压、冲击、弯曲等交变载荷作用，工况十分复杂恶劣。
其主要失效形式是疲劳破坏，摇枕的疲劳裂纹失效问题已成为影响货车发展的重要因素。
实践证明，目前采用传统强度设计方法的机车车辆结构，在使用中暴露出不少疲劳损伤方面的问题，虽然其成因较为复杂，但在设计阶段对关键结构部件的疲劳寿命预测研究不足却是重要的原因之一。
2、基于有限元分析的理论基础(1)材料的S N-曲线Ｓ－Ｎ曲线就是材料所承受的应力幅水平与该应力幅下发生疲劳破坏时所经历的应力循环次数的关系曲线。
如图２所示，纵坐标表示试样承受的应力幅σ，横坐标表示应力循环σ。
对钢铁材次数N，S N-曲线中的水平直线部分对应的应力水平就是材料的疲劳极限e料，此“无限”的定义一般为710次应力循环。
疲劳极限是材料抗疲劳能力的重要性能指标，也是进行疲劳强度的无限寿命设计的主要依据。
图1 材料的S N-曲线m N Cσ= （1）式（1）中 ：σ ——— 应 力 幅 ；N ——— 达 到 疲 劳 破 坏 时 的 应 力 循 环 次 数 ； m C 、———材料数(2)疲劳载荷类型疲劳载荷一般有稳定循环变应力和非稳定性循环变应力２种。
稳定循环分为对称循环、脉动循环和非对称循环；非稳定性循环分为规律性非稳定循环和随机性的非稳定循环。
头枕静强度CAE分析
最大塑性应变出现在左侧靠 背支架处，应变值为：2.2%
Max. plastic strain: 2.2%
分析结果(Analysis Results)
头枕杆的应力应变图（Stress and Strain ）：
真实屈服应力 Yield Strength
0.015
最大应变没有超过极限值，零件没有损坏。 Effective plastic strain not exceeding the ultimate value throughout the thickness. No Risk.
分析结果动画：(Analysis Results)
Left
Right
谢谢！
Platform Model Year
Status
Report No.
中排座椅头枕静强度CAE分析
Middle Seat Headrest Strength Analysis Report
For Decision For Information/Update For Reference
Version 01
分析目的(Purpose)
考察中排座椅头枕静强度性能(To Assess Middle Seat Headrest Strength)
分析工况(Load Case)
基础模型的中排座椅头枕静强度性能(Middle Seat Headrest Strength Analysis for Base Model)
≥ 1.1*Target
Unacceptable
CAE 分析结果总结 (CAE Results Summary)
中排座椅头枕杆与靠背骨架最大塑性应变为2.2%，能满足目标要求。 头型的移动距离X=120.8mm，超过目标值102mm，不能满足目标要求。
汽车座椅头枕强制性试验影响因素分析
汽车座椅头枕强制性试验影响因素分析发布时间：2021-07-08T07:33:38.938Z 来源：《中国科技人才》2021年第11期作者：王月刘于[导读] 座椅是汽车上与乘员接触最为紧密的零部件之一，能够为乘员提供舒适的驾乘感受，更为重要的是保证车辆行驶过程中或遭遇事故时车内乘员的安全，最大限度减少乘员所受到的伤害"。
诺博汽车系统有限公司河北省保定市 071000摘要：汽车座椅是乘员约束系统的至关重要的组成部分，起到保障乘员安全性和舒适性方面的重要作用。
伴随着汽车技术的迅速发展以及人们对汽车性能需求的不断提升，从而对汽车座椅的要求也在不断增加。
座椅及头枕主要作用是为乘员提供舒适的乘坐环境、支撑乘员重心。
与此同时，在车辆发生事故时候，可以防止乘员受到伤害或者把伤害降到最低。
所以，汽车座椅以及头枕性能的质量好坏可以直接影响到车内乘员在发生碰撞事故过程中的人的安全。
所以，汽车座椅及头枕性能- -直是国家重点要求的强制性检验项目，当下国际社会都建立了相应的标准法律法规去保障其稳定性和安全性。
关键词：汽车座椅头枕；强制性试验；影响因素引言：座椅是汽车上与乘员接触最为紧密的零部件之一，能够为乘员提供舒适的驾乘感受，更为重要的是保证车辆行驶过程中或遭遇事故时车内乘员的安全，最大限度减少乘员所受到的伤害"。
特别是座椅头枕，除了提供乘员头枕支撑，减缓乘员乘坐疲劳外，在车辆发生碰撞时，可以有效减轻乘员颈椎受到的损伤，对于保护乘员头部和颈部的安全起着至关重要的作用。
因此，座椅头枕作为重要的安全部件，国家认监委规定对座椅头枕实行强制性检验。
目前针对座椅头枕的国家标准主要有GB1 5083-2006《汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》、CB11550-2009《汽车座椅头枕强度要求和试验方法》。
这两个标准中，除了对头枕的外观和尺寸的要求外，主要的两项试验为头枕静态强度试验和头枕能量吸收性试验，目的在于考察头枕在受到人体头部冲击时，对乘员头部保护效果以及对座椅结构，调节和锁止功能的影响，是评价头枕安全性能的最基本要求[”。
CATIA设计汽车座椅锚固点强度疲劳分析设置方法3
模型细化
座椅地脚与车身的连接位置是主要传力点，是主要应力集中的区域。这个位置螺栓连接 的准确描述直接影响结果的正确性。对于结构强度分析，我们需要细化并仔细描述这个区域。
螺栓帽直径影响了局部受力状态，这里网格及 连接的描述最好根据cad模型决定。 通常在螺栓拧紧状态下，螺栓帽压紧区域内的 材料发生很小变形，做螺栓连接时使用rigid body 或者 刚片（刚体单元）约束这个区域。 螺栓孔附近应尽量避免三角形单元。
连接的设置及整理
（1）定义 *control_implicit_general
（2）定义 *control_implicit_eigenvalue 提取模型的自然模态，所提取模态数量30阶以上
（3）定义 *control_termination
连接的设置及整理
模态计算结束后，观察结果，以发现缺失的连接和不正确的连接。通常缺失连接会引起 低频模态，根据结果添加连接。（注意模型在没有约束的状态下，会出现6阶低频刚体模态， 这是正常的。）
例如在删除了某些零件之后会有如图所示的这 种自由Beam单元.把它们删除并记录他们所在 的位置。之后这些点将会被作为约束点。
设置模态分析，寻找低频模态，查找不正常的连接。在做模态分析之前可以删除点焊 之外的所有接触设置。（Hyper mesh 中的delete group，不过对于extra nodes 因为它也 属于连接，需要保留） 模态分析的基本设置如下：
基本分析模型准备
此分析的主要受力部件是座椅的四个地脚及其锚固位置。所以需要照前面所述修改这些 零部件的几何属性。
基本分析模型准备
由于考虑了零件冲压后的加工硬化，整车碰撞模型的材料应力应变曲线做了相应的偏置。 对于结构强度分析的模型，我们需要把这个偏置去除，具体过程如下：
客车座椅静强度有限元仿真分析与结构优化
位 。针 对 试 验 结 果 进 行 结 构 和 材 料 优 化 ， 并 通过 数 据 对 比 分析 ， 验证 了优 化 方 案 的 正 确 性 。
客 车座椅 系统静 强度分 析是 座椅 被 动安全 性设 计 的首要 内容 。 座椅不 仅要 减轻 乘客 的受 限疲 劳 ， 在 客 车行驶 中承 受“ 路 面 一客 车 一乘员 ” 整 体 系统 的复 杂载荷， 还 要 与背
一
与车体 分离 以及 座椅 主体 变形程 度不 得超 过 国标安 全法 规 （ 指 美 国和 欧洲 法规 ） 中 几 何 参 数 规 定 范
结 构形 式 、 人体 接 触 面 体压 分 布 以及 由 此产 生 的受 载 轮廓 等特性 ， 还 要具有 应对悬 架 弹性元 件 （ 避振 器 和 轮 胎 等 振 动 系统 ） 的 冲击 和 振 动 的 缓 冲 和 消 振
特性 。
客 车座 椅在 行 车 和停 车 过程 中所 承受 的“ 路 面
第 ３ Ｏ 卷 第 ２期 ２ ０ １ ５年 ２月
宿
州 学
院 学
报
Ｖｏ １ ． ３ ０， ＮＯ ． ２ Ｆｅ ｂ．２ ０ １ ５
Ｊ ｏ ｕｒ ｎａ ｌ ｏ ｆ Ｓｕ ｚ ｈｏ ｕ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ —２ ０ ０ ６ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ ２ ５
一
客 车一 乘员 ” 整 体系统 载荷非 常复 杂 ， 再 加上 悬架
汽车座椅头枕强度CAE分析及优化设计
第一作者：严莉，女，1980年生，工程师，现从事车辆有限元分析仿真工作。
3 计算结果分析
3.1 移动后移量的确定
相对R点产生向后373 Nm力矩的初始作用力作用在假背上
图3 移动后移量计算结果
图4 座椅骨架应力图5 座框弯管局部应力
图2 座椅有限元模型
4 优化设计
座椅弯管以及头枕弯管强度不够，有可能是其自身强度不. All Rights Reserved.
图6 座椅静力有限元模型
通过观察座椅骨架应力分布，发现在头枕弯管、座框大弯
管、靠背边板以及调角器上板处的应力较大，故将它们的厚度作
图8 优化后座椅骨架应力
5 结束语
图7 各变量对优化目标影响程度
从图7可以看出，头枕弯管（图中绿色线条）、座框大弯管。
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。
轿车驾驶员座椅骨架强度的有限元仿真分析
轿车驾驶员座椅骨架强度的有限元仿真分析孙丹丹姚为民（吉林大学汽车工程学院）摘要：在座椅骨架的强度分析中应用运算机仿真方式能够有效地降低开发本钱、缩短开发周期。
本文要紧针对某轿车驾驶员座椅骨架的强度和头枕的后移量进行了仿真分析，在研究的进程中利用公司的有限元前、后处置软件和有限元分析软件进行建模、仿真分析和结果处置，并通过实验对仿真分析的结果进行了校验。
关键词：轿车座椅骨架有限元分析1.结构的几何模型该轿车驾驶员座椅骨架的几何模型是对其座椅骨架的零部件进行分析、测量、简化后，在提供的几何建模模块中构建完成的。
第一考虑简化座椅骨架中对强度阻碍很小的部份，这部份结构的特点是形状较为复杂，构建几何模型时可能会有必然的困难，但在整个座椅系统中又是不可缺少的，如盆形底座中的孔结构,在整个座垫骨架总成中要紧起到减轻结构重量的作用，对座椅骨架的强度大体没有阻碍，因此，在进行强度分析时能够临时不考虑；还有一些零部件的设计只是知足结构上的需要，对强度的阻碍也很小，咱们以为这部份结构能够进行适当的简化，如靠背侧梁上的一些翻边和圆孔，要紧辅助靠背的横、竖钢丝和弹簧与侧梁的连接，对结构强度的阻碍也很小，因此该部份结构在作强度分析时也能够作适当的简化；另外，靠背骨架总成中的横、竖钢丝和弹簧元件对座椅的强度阻碍不大，能够将该部份结构在建模时忽略。
第二，座椅骨架中一些小的过渡圆角结构，若是在构建几何模型时将其考虑到模型中，那么在成立有限元模型时就可能产生一些质量较差的单元，因此能够在构建几何模型时不考虑这部份结构，而是在成立有限元模型时进行补充，如此处置一方面能够减轻几何建模的工作量，同时也能够减少在划分有限单元时由于孔洞结构带来的质量较差的单元，这对提高计算精度也很成心义。
2.结构的有限元模型中的有限元模块，为用户提供了丰硕的单元库，对不同的结构如杆、梁、板、实体进行有限元概念十分方便。
本文研究的座椅骨架主若是由诸多薄板件和长管结构件焊接而成的，在利用进程中常常会受到弯曲力和剪切力的作用，因此在进行有限元模型概念时要紧采纳SHELL板单元和BEAM梁单元。
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右靠背边板的应力/应变图T=1.2mm
材料： QSTE420 屈服强度：420MPa 极限应力：556.8MPa 极限应变：14.8%
左靠背边板的应力/应变图T=1.2mm
材料： QSTE420 屈服强度：420MPa 极限应力：556.8MPa 极限应变：14.8%
结论
从以上分析计算结果表明，在靠背施加373Nm的载荷后，头型施力 373Nm情况下，头型和泡沫的接触点相对于基准线距离为为65.7mm （见第10页、 第11页 ）, 没有超过102mm！但加力至890N时，头枕 杆弯曲严重，其强度存在风险，建议更换材料。
300ms时,没发现骨 架破坏，但变形很大， 头型有滑出的风险。
头枕杆的应力/应变图（空心杆D12-2mm） 此杆严重弯曲，有风险存在！
材料： Q195 屈服强度：195MPa 极限应力：415.8MPa 极限应变：27.8%
背框管的应力/应变图（空心杆D25-1.5mm）
材料： Q235 屈服强度：235MPa 极限应力：472.5MPa 极限应变：23.1%
前座静强度有限元分析报告 GB11550-2009
加载示意图
373Nm后增到890N
373Nm
820mm
65mm
人体模型靠背加载曲线
100%
加载曲线 (作用在头型上的力）
890N
195%
施力460N,相当于373Nm
100%
整个座椅的变形过程（动画）
头枕在受力时的变化情况（动画）
整个座椅骨架的变形过程（动画）
另：从以往的经验来看，本座椅较高，请确认是否和车身顶部校验过 ，是否有功能上的干涉？
骨架在受力时的变化情况（动画）
Hale Waihona Puke 靠背施加373Nm时状态100ms时，靠背 施加力矩373Nm结束。
靠背施加373Nm，头枕施加373Nm时的状态
240ms时，距离65.7mm
靠背施加373Nm，头枕施加373Nm时的状态（放大图）
240ms时,接触点 距参考线为65.7mm!
靠背施加373Nm，头枕施力增加到890N时的状态