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1、西安航空职业学院西安航空职业学院毕业论文毕业论文移动行李对后排座椅冲击的仿真分析与结构优化移动行李对后排座椅冲击的仿真分析与结构优化姓姓 名：名： 专专 业：业： 航空电子 班班 级：级： 完成日期：完成日期： 指导教师指导教师: : 摘要摘要：国标 GB15083-2006 中新增了附录 F行李位移乘客防护装置的试验方法，其目的在 于防止车辆紧急 制动或者碰撞过程中，行李舱内未固定的行李向前运动，冲击后排座椅靠背， 从而对后排乘员造成伤害。东风 某车型根据开发需要设计了无靠背锁的新型后排座椅结构， 通过有限元仿真分析发现该方案不满足法规的 要求，通过对座椅的结构及连接方式的优化， 使得该座椅
2、的新方案满足国标 GB15083-2006 的要求。关关键键词词：移动行李 后排座椅 仿真分析1.引引言言随着汽车越来越多的进入家庭，汽车安全的问题也日益成为消费者关注的焦点，国家最 近几年来也加快了汽车安全方面的法规的制定和修订，使得汽车的安全性越来越好。汽车座 椅 作为汽车内饰的重要组成部分，不仅兼具美观舒适的作用，还要满足法规中对乘员的保护 要求。 国标 GB15083-2006 中新增了附录 F行李位移乘客防护装置的试验方法，其目的在 于防止 车辆紧急制动或者碰撞过程中，行李舱内未固定的行李向前运动，冲击后排座椅靠背， 从而对 后排乘员造成伤害。本文为在某新车型的开发阶段，按照 GB1
3、5083-2006行李位移乘客防护装置的试验方 法的实验要求，利用 Hyper Mesh 软件建立了该车行李位移乘客防护装置的有限元模型； 用 PAM-crash 软件对其进行加载、求解计算；对该车的后排座椅靠背强度进行分析，发现其 后 排座椅的强度不能够满足法规的要求，进而对该后排座椅靠背方案的结构进行了优化设计， 使 其能够满足法规的要求。在该车型后排座椅的开发过程中，通过有限元方法的利用，有效 的减 少了试验次数，降低了开发成本，缩短了开发周期。2.有限元模型的建立有限元模型的建立2.1 国标国标 GB15083-2006 附录附录 F 简介简介 国标 GB15083-2006 附录 F
4、行李位移乘客防护装置的试验方法中要求采用采用试 验 台车进行行李冲击座椅靠背强度试验，标准要求在距离后排座椅靠背 200mm 处的行李 舱内 放置两个 300*300*300mm，重量为 18kg 的试验样块，样块沿车身纵线左右对称且相距 50mm, 如图 1 所示。试验台车采用减速进行试验，其减速度波形应在图 2 所示的减速度通 道范围以 内，且减速前，车体的自由速度应为 5052km/h。图 1，试验样块布置位置图 2 台车减速度通道时间函 数 GB15083-2006 规定按附录 F 所进行试验过程中及试验后，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。试验期间，允许座椅靠
5、背及其紧固件变形，条件是试 验靠 背和头枕邵尔（A）硬度大于 50部分的前轮廓不能向前方移出一横向垂面，此平面 经过：a) 座椅的 R 点前方 150mm 处的点（对头枕部分）； b) 座椅的 R 点前方 100mm 处的点（座椅靠背部分）；2.2 模型说明模型说明 本文分析的模型为东风某车型全新开发的靠背角度可调节的新型后排座椅，该座椅的 4/6 分靠背仅通过安装支架连接在汽车身地板上而与白车身上装无连接关系，这就要求该 座 椅靠背仅依靠自身的结构来抵抗移动行李的冲击，后排座椅与白车身地板通过座椅支架 由螺 栓连接，对座椅的结构强度要求较高。2.3 载荷及约束载荷及约束为了提高计算的效率，本
6、文分析的模型采用该车的 B 柱以后的部分，因为座椅与白车 身 上装无连接关系，只保留了白车身下装，模型的加载曲线为台车减速度通道的上限，此 时加 载的工况最为恶劣，满足此工况下的后排座椅方案也将能满足其他各种工况。图 3.仿真分析模型及加载曲 线3.分分析析结结果果建立有限元模型后，提交计算，并利用 PAM-View 软件对结果进行提取，发现在 120ms 时，座椅靠背的前倾量达到最大，此时座椅靠背由于承受不了移动行李的冲击力而突出 R 点前 100mm 垂直平面，因此此方案无法满足法规的要求。图 4.行李冲击座椅靠背变形 图图 5.座椅靠背塑性变形云图 由图 4 可以看出，座椅靠背头枕轮廓最
7、前端突破了 R 点前 150mm 所在的平面，突破量达到了 126.4mm，所以不能满足法规的要求。而由图 5 的座椅靠背变形云图可以看出，6 分 靠 背骨架在座椅连接板最上端的最大塑性变形达到 0.436，而该处材料的断后延伸率为 0.23， 塑性变形过大，存在失效破裂的风险，也不能满足设计要求，因此需要对本方案的后排座椅 靠 背的结构进行优化。4.优优化化方方案案通过对初始方案的结果进行分析发现，4 分靠背的变形量和靠背轮廓均能满足法规和 设 计的要求，主要需要对 6 分靠背骨架进行优化，优化可以分为两个方向：第一可以通过 对靠 背骨架的结构进行加强，通过对靠背骨架和各连接板进行料厚的加厚
8、和管径的加粗，或 者通 过使用更高等级的材料的方法来通过提高其自身的结构强度来抵抗移动行李对座椅靠 背的 冲击，这种方法简单并且容易见效，但是不利于座椅结构的轻量化提高，而且不利于成 本的 控制，可以作为一种备选方案。第二则可以通过对移动行李对座椅靠背冲击的受力分析， 通过对关键受力且材料强度不足的位置的材料进行加强，而在其他位置通过结构上的优化提高 座椅靠背整体对移动行李的抵抗能力，这样的方法既可以确保座椅靠背对移动行李的冲击力 的抵抗，也能够满足产品轻量化的需求，并且有利于产品成本的控制。对于单纯的结构加强，由于产品成本和轻量化的原因不优先考虑，下面就第二种即主要 通过优化座椅结构的方法来
9、对初始方案进行优化，由于 4 分靠背的强度基本可以满足要求，主要针对原始方案中座椅 6 分靠背骨架偏弱、受力不均匀的问题，通过受力分析对 6 分靠背 的座椅骨架结构进行了优化，将靠背的纵向加强梁改为横向加强梁，且横向加强梁的位置位 于座椅上连接板的与靠背骨架连接位置的上方处，为了保留后排座椅靠背扶手的位置，保留 纵梁的下部，作为扶手骨架的安装梁。对座椅靠背下连接板强度不够大的问题，优化方案对 座椅下连接板的料厚也由 2.0mm 增加至 3.0mm，提高它的抗冲击能力，同时增大了 46 座 椅靠背的中间支架的跨度，提高白车身地板的抵抗向下凹陷的能力，其优化方案如图 6 所示。5.优化方案的分析结
10、果优化方案的分析结果图 6.座椅靠背优化方案将该优化后的分析方案按照之前所述的方法进行计算，提取结果可以发现新方案能够满 足法规规定的要求，座椅靠背轮廓最前端所在的平面距离法规规定的平面的最小距离为174.5mm，能够满足法规的要求且保留有足够的设计余量，并且座椅靠背骨架连接处的最大 塑 性变形也降至 0.160，塑性变形量较小，没有破裂的风险，优化方案对工艺和成本的要求都不高，所以新的优化方案能够满足设计要求，改进后方案分析结果如图 7 和图 8 所示。图 7. 改进方案座椅靠背变形图图 8，改进方案塑性变形云图6.结结论论本文根据 GB15083-2006 附录 F 的要求，在某车型的开发
11、阶段通过有限元的计算， 分析 了该车型后排座椅靠背对移动行李冲击的性能，对该座椅初始方案存在的风险进行考 察，并 对该方案的结构进行了优化，使得新方案能够满足法规和设计要求。通过本车型后 排座椅的 开发过程可以使得我们认识到在产品开发过程中，对不满足设计的产品进行优化 时既要考虑 使其满足法规和设计的要求，又要考虑到产品的制造工艺和产品开发的成本控 制，而通过有 限元软件的使用可以及早发现设计方案中存在的风险并对其进行针对性的优 化，可以有效的 减少试验次数，缩短了产品的开发周期，降低了开发成本。参参考考文文献献1GB15083-2006 汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法S.2 瞿喆文,姜峻岭. 后排座椅抗移动行李冲击的优化设计J.上海汽车，2010.6 3 徐凯，肖光，陈飞. 整体式座椅对行李箱冲击影响的研究J.汽车使用技术，2015 4 曹飞. 移动行李对座椅冲击试验结果的影响因素分析J.客车技术研究，2014.3致致 谢谢感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文的撰写和排版过 程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学 友批评和指正!
