商务车中排座椅及安全带支架结构设计与实验研究

摘要

根据法规的新要求，目前汽车一体式座椅包括中间座椅均需要采用三点式安全带代替过去的两点式安全带，而三点式安全带对于座椅的结构强度有更高的要求，重量也相对增加。因此，为设计符合新法规要求的三点式中排座椅，本文对于某款汽车采用HyperMesh建立白车身，座椅支架，上、下人体模块的有限元模型;再进行座椅安全带强度分析，再对座椅支架进行轻量化设计和实验验证，来验算中排座椅安全带固定点仿真结果的准确性。本课题针对上述问题与研究主要做了以下工作。
　　首先，分析了座椅三点式安全带相对于两点式安全带的优势，考虑某商用车的中排中间座椅的位置与结构，根据国标将原有的两点式安全带设计成三点式安全带。
　　其次，应用有限元软件，建立了白车身、座椅支架及上、下人体模块的有限元模型，基于LS-DYNA对该有限元模型进行了中排座椅强度分析。
　　然后，基于座椅有限元模型，完成了该座椅支架各个零部件的位移灵敏度、质量灵敏度和相对灵敏度的计算，根据灵敏度结果选择出需要优化的座椅支架零部件。通过设计座椅支架零部件的壁厚为变量、位移为约束条件、座椅骨架零部件的最小质量为目标函数，对有限元模型进行灵敏度计算，结合零部件实际受力和板件的常用厚度，对部分零部件进行了减壁厚，从而座椅支架达到减重效果。
　　最后，为了节约实验成本，对座椅模型进行了座椅单体有限元仿真和单体座椅的安全性测试试验。接着将座椅支架安装在白车身上进一步进行整车座椅安全带固定点强度仿真，并对该结构进行实验，将实验结果与仿真结果进行对比分析，总结产生误差的原因。此外，试验结果表明所设计的中排座椅强度满足要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 三点式安全带的优势

1．2．1 汽车座椅安全带的发展

1．2．2 座椅安全带的作用

1．2．3 座椅两点式安全带与三点式安全带的比较

1．2．4 中排座椅三点式安全带的背景与意义

1．3 国内外研究方法

1．3．1 座椅三点式安全带固定点强度研究现状

1．3．2 座椅安全带支架的优化设计研究现状

1．4 本文研究主要内容

2 中排座椅安全带设计及座椅支架强度评价指标

2．1 中排座椅安全带设计

2．1．1 安全带上固定点的设置要求

2．1．2 中排座椅安全带固定点位置的布局

2．2 中排座椅安全带固定点强度研究方法

2．2．1 实验法

2．2．2 有限元仿真法

2．2．3 有限元计算方法

2．3 中排座椅仿真模型与评价

2．3．1 座椅安全带强度系统的原理模型

2．3．2 座椅仿真模型强度评价指标

2．4 本章小结

3 中排座椅有限元模型建立及仿真分析

3．1 座椅模型建立

3．1．1 座椅支架建模

3．1．2 安全带有限元模型

3．1．3 人体模块有限元模型

3．2 整车有限元模型的建立

3．2．1 车身单元类型的选择

3．2．2 车身有限元模型的简化及划分

3．2．3 车身材料模型的选择

3．3 边界条件设置与载荷加载

3．3．1 边界条件设置

3．3．2 载荷的加载

3．4 中排座椅仿真结果分析

3．4．1 中排座椅支架强度分析

3．4．2 中排座椅最大前向位移分析

3．5 本章小结

4 中排座椅支架结构的灵敏度分析

4．1 灵敏度分析简介

4．2 座椅支架灵敏度分析

4．2．1 参与灵敏度分析的座椅支架零件筛选

4．2．2 座椅支架零件板厚变化范围的确定

4．2．3 响应变量的设置

4．3 座椅灵敏度计算结果

4．4 本章小结

5 中排座椅支架的轻量化设计

5．1 座椅支架零件尺寸优化模型

5．1．1 尺寸优化简介

5．1．2 座椅支架零件厚度优化模型

5．2 座椅支架优化的基本流程和结果

5．2．1 尺寸优化算法

5．2．2 座椅支架零件尺寸优化的优化过程

5．2．3 座椅支架的优化结果

5．3 轻量化之后座椅模型的仿真结果

5．3．1 中排座椅支架强度分析

5．3．2 中排座椅最大前向位移分析

5．4 本章小结

6 椅实验与仿真结果对比分析

6．1 实验室设备的组成

6．2 中排座椅实车实验与仿真结果对比分析

6．2．1 单体座椅实验结果分析

6．2．2 安装单体座椅的整车实验结果分析

6．2．3 实验结果与仿真对比分析

6．3 仿真与实验精度影响因素分析

6．4 本章小结

7 总结与展望

参考文献

附录

致谢