某特装车汽车座椅的模态分析

收 稿 日期 ：０ １ ７ １ ２１加 —２
车 座椅 骨 架 的三 维几 何 模 型 ，然 后 以 Ａ Ｓ Ｓｗ０ｋ Ｎ Ｙ ｒ— ｂ ｎｈ为工 具 ， 汽 车座 椅 骨 架 的几何 模 型进 行 划分 ｅｃ 对
作者简 介 ： 苏金英 （９ ３ ）女 ， １ ７ 一 ， 湖南茶陵人 ， 工程师 ， 硕士 ， 研究方 向 ： 技术创新与科技管理 。
安装 孔 ， 外 还 删 去 了所 有 的倒 角 。汽 车座 椅 骨架 主 此 要 为 底 架 和靠 架 两 部 分 ，在 杆 系连 接 处 采 用 焊 接 方
式， 材料 为 ２ Ｏ钢 。其 材 料参 数 如表 １ 列 。 所
的 ， 往 是低 阶频 率 振 型 ， 以只 要 结 构 避开 低 阶共 往 所
参 考文献 Biblioteka 感 器数 量 ，实 现 了对 大 型冷 藏 车 辆 车 厢 内多点 温 度 信 息 的实 时 监 测 ，解 决 了及 时发 现 车 厢 保 温材 料 破 损及 制 冷 机 组故 障 的 问题 ，为 车 辆 设 备 维 护管 理 提 供 了重要 参 考依 据 ， 有 效 降低 了物 流损 失 。 并
典 型的无阻尼模态分析求解的基本 方程 ，是 经 研究 内容之一。随着 Ｃ ＤＣ Ｅ等辅助软件的 日益成 典 的特征 值 问题嘲： Ａ ／Ａ ２ 熟及 其在 制 造业 的普及 应用 ，可 以利 用 Ｃ Ｅ软件 对 Ａ 。 ＝ 汽 车 座椅 进 行 静 力 性 和 动 力 性 等 进 行 模 拟 仿 真 ， 来 其 中， 研 究 座椅 的动态 特性 。 为 刚度 矩 阵 ； 模 态 分析 是 动 力 性分 析 的基 础 ，用来 确 定 结 构 为 第 ｉ 模态 的振 型 向量 ； 阶 振动特性 的一种技术 。 这些振动特性包括 固有频率 、 为第 ｉ 阶模态的固有频率 ； 振型等。 为质 量 矩 阵 。 模态分析的核心 内容 ，是确定描述结构系统的 在 整个 设 计 分 析过 程 中 ， 对 实 际产 品 ， 种 特 针 某 动态特性参数 ， 为结构 的振动特性分析、 振动故障诊 装 车配 套 的某 型 号汽 车 座椅 ， 用 Ｐｏ 采 ｒ／ 件建 立 汽 Ｅ软 断和预 报 以及 结构 动力 特性 的优 化提 供依 据 。
Ｅｑｕｉ ｐｍｅ ｔ ｎ Ｍ ａ ｕ ａ ｔｉ ｇ Ｔｅ ｈｎ ｌｇ ｎ ｆ ｃｒｎ ｃ ｏｏ ｙ Ｎｏ．０， ０１１ １ ２
某特 装 车汽 车座 椅 的模 态 分 析
苏 金 英 ’周 ， 炬
（． 阳三力高科技开发公司， １衡 湖南 衡 阳 ４ １０ ；． ２０ １２ 南华大学 机械工程学院， 湖南 衡阳 ４ １０ ） ２０ １
静 力 学 分 析 结 果 的高 应 力 区如 果 和 某 一 阶 模 态 振 型
位移较大 区域重合 ， 就可认为结构是偏危 险的 ， 这些 高应 力 区域 有 可 能 就是 疲 劳裂 纹 的萌 生位 置 。
１ ． 模态分析及计算结果 ２ 对汽车座椅骨架进行模态分析 ，由于模 态参数 也 会 相 应 恶化 。 只与 自身 的结构有关 ，所 以在计算时不考 虑外部载 座椅骨架在 ｌ ０ ｚ ～１０ 内的模态 （ Ｈ 分别为 ２ ． ８ ９ ４ ５ 荷， 因此仅对 座椅有 限元模型底部施加约束 ， 算其 计 Ｈ 、９７ ５Ｈ ） 开 了人 体 最 敏 感 的频 率 范 围 ； ｚ６ ． ｚ避 ２ 同时 模 态 。前 六 阶 固有 频 率如 表 ２所 示 。 座 椅 骨 架 上 还 包 覆 坐 垫 、 垫 及 头 枕 成 形海 绵 ， 可 靠 也 表 ２ 座 椅 骨 架 前 六 阶频 率 以起 到 减震 缓 冲的作 用 。由此 可见 ， 态分 析从 座 椅 模 频率 （ ｚ ｎ） 骨架结构分析 ， 加入 了动 力 学 因素 ， 服 了静 力 学 分 克 ２ ．４ ９５ ８ 析 方 法 的局 限性 。
【］ １ 张毅 刚 ， 喜源 ． Ｓ ５ 单 片 机应用 设计 【 ． 尔滨 ： 彭 ＭＣ 一 １ Ｍ］哈 哈
汽车 座椅 舒 适 性设 计 研 究 ， 仍存 在 一定 缺 陷 ， 内许 须 考 虑 各 种 动态 因素 ，并 对 结 构进 行 详 细 的动 力分 国 多 汽 车 配 件 厂 在 设 计 汽 车座 椅 时并 未 考 虑 舒 适 性 。 因此 ， 座椅 的 动态 舒 适 性 ， 汽车 座 椅人 机 工 程 学 的 是 析， 以达 到抗 振 、 安全 、 靠 的 目的 。 可
此外 ， 态 分 析 前 ， 须先 进 行 座 椅 骨 架 的静 力 模 必 学 分 析 。因为静 力 学分 析 是模 态 分析 的基础 ， 只有 座
椅 骨 架 具 有 足 够 的强 度 和 静 刚 度 以保 证 其 疲 劳 寿
命、 装配和使用要求的同时 ， 才可以有合理 的动态特 性 以达 到 控制 振 动 的 目的［ ４ １ 。 模态分析和结构静力学分析结合在一起 ，结构
本 文 旨在 利 用有 限元 软 件计 算 汽 车座 椅 的 固有
频率及其相应的振型 ，解决 了通常静态分析难 以解 得到 座椅 骨 架 固有频 率 和振 型 。 决 的机构动力特性、 模态参数识别等问题 。 通过确定 网格及 模 态分 析 ， 为了划分 网格和计算的方便 ，对座椅骨架三维 座椅 的固有频率和固有振型等模态参数 ， 变座椅 改 几 何 模 型模 型进 行 简 化处 理 。在不 影 响 模 态分 析 的 的局 部 结构 ， 足 其 动态舒 适 性功 能 。 满
１ 模 态 分 析 方 法
机能及环境设计原则和人体健康设计原则 ， 即采用人 １１ 建模 原 理与 前处 理 方 法 ． 机工 程学 分析 汽车 座椅 的构 造 、材料 和形 状 等 问题 ， 座 椅 的模 态分 析 ，可 以预 测 座椅 与 汽 车 及乘 员 同 时 实 现 人 们 对 汽 车 座 椅 舒 适 性 的 功 能 要 求 。 之 间发 生动 态 干扰 的可 能性 ， 过合 理 的结 构 设计 ， 通 在 人机 环 境 中 ，汽 车与 乘 员都 具 备振 动 系 统 的 可 以避 开共 振 频率 ，为 汽 车座 椅 结构 动 力 性 分析 提 基 本 要 素 ， 车 的各 种 振 动 通过 座 椅 等传 给乘 员 ， 汽 激 供充 分 的理 论依 据 和 明确 的指导 方 向 。 起 人 体 的 全 身振 动 。当 振动 激励 频 率 接 近人 体 主 要 模 态 是结 构 的 固有振 动 特性 ，每 一 个 模 态具 有 器官 的固有 频 率 时 ，将 引起 相应 器 官 的共 振 而 产生 特定 的 固有 频率 和 振 型【 固有 频 率是 动 力 学 特性 中 ２ ］ ， 相 对位 移 ， 而使 人 感 到不舒 适【 从 １ ］ 。 的重 要 指标 。在 进行 结 构设计 时 ， 靠单 纯 的静 态设 仅 时至 今 日，国 内从 基 于人 机 工 程学 角 度 考 虑 的 计 和经 验 设计 ， 已不 能完 全 满 足汽 车 工程 的要 求 ， 必
摘 要 ： 用有 限元软件 Ａ Ｙ ｒｂ ｎｈ对某特装车汽车座椅进行建模 、 分网格及模 态分析 ， 采 ＮＳ ＳＷｏｋ ｅｃ 划 计算 了座椅的 固有 频率和振 型 ， 同时对计算结果进行 了分析 ， 为汽车座椅设计提供 了理论依据 ， 具有借鉴和参考作 用。
关键词 ： 汽车座椅 ； 态分析 ；ＮＳ ｒｂｎ ｈ 模 Ａ ＹＳ Ｗｏｋ ｅｃ
中 图分 类 号 ： ４ ３８ ＂ Ｕ ６ ．３６ 文 献 标识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ ２ ５ ５ （ ０ １ １ — ０ ０ ０ １ ７ — ４ Ｘ ２ １ ）０ ０ ６ — ２
随着人 们工作 和 生活 空 间 的不 断变 化 ， 汽车 座椅 的设 计 除 了满足常 见 的尺 寸设 计原 则 ， 还需遵 循 人体
型包 含的所有零件 ， 合并为多体零件 ， 即保证所有实 体 划 分 网格后 ，各 零 件 单 元 在 其交 界 面上 的结 点 为 公 用 结点 。汽 车座 椅骨 架 模 型如 图 １ 示 ， 分 网格 所 划
后 的有 限元模 型 如 图 ２所 示 。
阶模 态 振型 为 ２阶 局部 Ｙ向弯 曲扭 转 振 动 ，主要 集 中在座 椅 左 部 （ 图 ４ 。 如 ）
６ ．２ ９７ ５ ｌ６５ ０ ．８ １６５ ２ ．１
１ ５ ２７． ３
３ 结 束 语
工 程 结 构 必 须 具 有 与使 用 环 境 相 适 应 的动 力 学
ｌ３６ ９ ．９
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《 装备制造技术） ０ 年第 １ 期 ２１ １ Ｏ
温度 监测 下 位机 。 该 系 统 布线 方 便 ，且 能 根 据需 要灵 活地 增 减 传
嘲
图 １ 座椅骨架模型 图 ２ 座 椅 骨 架 有 限 元模 型
２ 模 态 分 析 结 果
座 椅的动态舒适性 ， 是座椅动力学分析指标 ， 模 态分析结果 ， 必须满足座椅 的动态舒适性能。座椅的 动 态 舒 适性 ，指 汽 车 在 行 驶过 程 中所 产 生 的各 种 冲 击 和 激 励 振 动 ，通 过 座 椅 最终 传 递 给乘 员 身 体 的振 动 强 度 ， 否 处 于 人 体 承受 振 动 的舒 适 界 限 之 内 ， 是 以 及人 体 感 受舒 适 的 程度 ［ ５ １ 。 根 据有 关 研 究 结 果显 示 ，人 体 最 敏 感 的频 率 范 围即纵 向振 动在 ４～８Ｈ ， 向振 动 为 １ ｚ 若 外 ｚ横 ～２Ｈ 。 界频率与人体最大敏感频率相 近时 ， 便会产生共振 ， 以致 振 幅立 刻 增 大 ，此 时 各器 官 也 会产 生 最 大 的生 理反 应 。若 长 时 间的承 受 高强 度 高 负荷 的全 身 震 动 ， 那 么对 其 的健 康 损 害 也 是极 其 严 重 的 ，这 主 要 表 现 在腰 脊 和相 关 的神 经 系 统 会 因此 受 到影 响 ；而 源 于 人 体 内 部 的新 陈代 谢 、血 液循 环 以及 其 他 方 面 因素