楊憶云

（上海同濟大學(xué)，上海 200000）

承受沖擊時汽車座椅結(jié)構(gòu)安全性研究

楊憶云

（上海同濟大學(xué)，上海 200000）

人們生活水平的提升使得對行車安全越來越重視。汽車在承受沖擊時座椅結(jié)構(gòu)安全性直接關(guān)系到人們的生命安全。動態(tài)化試驗研究積極構(gòu)建汽車座椅結(jié)構(gòu)安全模型。針對不同的座椅試驗產(chǎn)生的失效問題進行主要參數(shù)對比分析。汽車座椅結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計方案潛在的風(fēng)險需要進一步的得到確認。

承受沖擊；汽車座椅；結(jié)構(gòu)安全性

0 引言

汽車數(shù)量隨著人們生活水平的提升不斷的增多，交通事故也呈現(xiàn)上升趨勢。為了降低事故中汽車座椅承受的沖擊，減少人們的損傷，更好的保護人們的生命安全，需要對汽車座椅結(jié)構(gòu)安全性進行全面的分析。利用仿真技術(shù)對座椅承受沖擊的強度進行動態(tài)化模型的構(gòu)建，評價試驗效果，保證生產(chǎn)成本。本文對承受沖擊時汽車座椅結(jié)構(gòu)安全性進行相應(yīng)的研究。

1 座椅結(jié)構(gòu)靜強度分析

1.1 座椅結(jié)構(gòu)靜強度仿真

靜強度直接的影響著汽車座椅結(jié)構(gòu)的安全性，在設(shè)計的過程中要特別的注意這一點。靜強度是汽車座椅在承載靜態(tài)壓力的時候?qū)τ诮Y(jié)構(gòu)安全性提出的基礎(chǔ)要求。構(gòu)建有限元模型是開展座椅結(jié)構(gòu)靜強度仿真的重要措施。通過靠背沿水平方向施加一定量的負荷，測試座椅靠背的質(zhì)量。利用模擬計算出施加的荷載壓力，根據(jù)承受沖擊的實際情況，在固定點中負荷壓力進行加載，保證加載力區(qū)域中心進行連接。要實現(xiàn)負荷力均勻性，同時能夠?qū)?jié)點保證一定的約束，降低節(jié)點的依賴程度。構(gòu)建有限元模型需要確定座椅各零部件數(shù)量，能夠?qū)ψ芜M行整體結(jié)構(gòu)分析，確定零部件的強度。根據(jù)不同的程度的要求對零部件功能進行劃分。座椅在承受沖擊的時候零部件強度對于安全性的發(fā)揮有著直接的影響。座椅在外部荷載力的作用下，會分析受力狀況，并且對外部荷載力進行分配，在承受最大荷載力的時候，會表現(xiàn)出較為復(fù)雜不規(guī)律的變化。在這種結(jié)構(gòu)的影響下構(gòu)建有限元模型會對精度產(chǎn)生影響。有限元模型主要采用的是多邊形單元，尺寸和形狀的變化會隨著區(qū)域調(diào)整產(chǎn)生一定的差異效果。計算有限元模型需要構(gòu)建單元連接實現(xiàn)節(jié)點與單元的無質(zhì)量剛性，將對應(yīng)的單元節(jié)點通過約束的方式進行自由度的調(diào)整，模擬連接點的功能。座椅結(jié)構(gòu)安全性在靜態(tài)下更加符合標準，并且能夠通過最大應(yīng)力使局部應(yīng)力更加的集中，這對座椅結(jié)構(gòu)安全性影響較大。

1.2 仿真分析結(jié)果

根據(jù)構(gòu)建之后的有限元模型分析加載應(yīng)力分布情況，在承受荷載力分布對稱的情況下。座椅結(jié)構(gòu)安全性會在荷載力作用下產(chǎn)生較大的變化，應(yīng)力主要的集中在座椅的中上部，靠近頭部。這種情況下承受的沖擊將會使力直接的作用到頭部，對人體的危害程度較大。因此要將最大的沖擊力控制在200MPa以下，其他部分也應(yīng)該將承受力控制在350MPa以下。通過對座椅結(jié)構(gòu)安全性的分析將會得到強度，根據(jù)座椅與地板連接狀況，將座椅連接處施加一定的約束。按照試驗標準，將仿真試驗過程中的連接約束點通過不同的承受力進行重力分析，在荷載力不同的情況下最大位移情況會根據(jù)承受沖擊力產(chǎn)生不同的變化，最大位移為6.2mm。座椅結(jié)構(gòu)安全性在最大應(yīng)力作用下產(chǎn)生的局部位移對于人們的身體產(chǎn)生的影響較大。對于在不改變座椅結(jié)構(gòu)下進行的聯(lián)接優(yōu)化，需要將座椅空間進行重新布置，通過有限元分析計算改善受力狀態(tài)，降低實際的承受沖擊力。

傳統(tǒng)座椅模型在實際試驗過程中需要進行結(jié)構(gòu)的調(diào)整，這是進行有限元模型試驗的主要參考。隨著計算機技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，對于數(shù)值的分析越來越完善。有限元模型在構(gòu)建的時候會通過仿真分析軟件功能最大限度的降低生產(chǎn)成本。使汽車零部件生產(chǎn)持續(xù)的縮短。在汽車座椅開發(fā)的過程中需要廣泛的引入有限元模型，開展仿真技術(shù)的應(yīng)用。提升自身的研發(fā)能力。在開發(fā)的流程中將有限元模型融入到座椅結(jié)構(gòu)安全性的調(diào)整中，通過物理試驗針對不同的有限元計算方式對不同的設(shè)計方案進行分析評價，找出產(chǎn)品中潛在的模式。針對有限元模型存在的一定誤差，在物理試驗的過程中要明確發(fā)生問題的主要原因。能夠利用有限元進行分析，開展汽車座椅結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，最終滿足人們的需求。

2 座椅結(jié)構(gòu)沖擊強度分析

2.1 建立碰撞模塊

在實際的沖擊過程中需要在汽車座椅中構(gòu)建以剛體為形式的模塊，慣性中心要與幾何中心相互重合。模塊之間的結(jié)構(gòu)是進行有限元模擬沖擊計算的重點。在沖擊的過程中模塊之間的接觸會不斷的進行變化，通過分析計算不同接觸面之間的關(guān)系，將座椅結(jié)構(gòu)的強度通過剛性模塊進行表達。在接觸式剛性模塊中需要對不同的模塊進行定義。對同一個座椅結(jié)構(gòu)需要在不同沖擊下進行試驗，這樣才能夠獲取相對應(yīng)的碰撞模塊。模塊性能也會因為環(huán)境的不同產(chǎn)生一定的差異表現(xiàn)。通過試驗?zāi)軌颢@取到汽車座椅是否符合試驗要求。汽車座椅在試驗過程中獲取的參數(shù)表達會隨著函數(shù)曲線的變化對汽車制動減少產(chǎn)生影響。根據(jù)函數(shù)曲線的上界進行積分，當最大承載力達到81.2km/h的時候，汽車制動減速度會在函數(shù)的下界進行積分。汽車不同的初始速度產(chǎn)生的撞擊計算的有限元會呈現(xiàn)曲線發(fā)展。汽車座椅產(chǎn)生的沖擊在速度發(fā)生改變的時候性能表現(xiàn)會具有差異性。在進行座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候需要參考其他產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在應(yīng)用基礎(chǔ)之上進行設(shè)計的改進，不斷的豐富功能裝配，滿足生產(chǎn)成本的需求。在汽車座椅設(shè)計初期要對使用情況進行必要的了解，這樣能夠降低生產(chǎn)缺陷。在汽車座椅沒有受到約束的前提下不能夠進行使用，并且受到的沖擊將會徹底改變汽車座椅形狀，嚴重的危害到人們的生命安全。

2.2 座椅結(jié)構(gòu)有限元模型

座椅結(jié)構(gòu)有限元模型會呈現(xiàn)動態(tài)的變化特點，根據(jù)不同剛度下的座椅結(jié)構(gòu)進行的仿真分析。在加速度曲線上升的時候有限元模型峰值會逐漸的增大，同時嚴重的威脅到人們的生命安全。當汽車座椅結(jié)構(gòu)的崗地降低，加速度曲線峰值下降的時候，人們頭部承受的沖擊也會隨之降低，能夠保證人們的生命安全。座椅的特殊材質(zhì)在保護人們生命安全的同時也發(fā)揮著作用。座椅在外部荷載力的作用下，會分析受力狀況，并且對外部荷載力進行分配，在承受最大荷載力的時候，會表現(xiàn)出較為復(fù)雜不規(guī)律的變化。在這種結(jié)構(gòu)的影響下構(gòu)建有限元模型會對精度產(chǎn)生影響。有限元模型主要采用的是多邊形單元，尺寸和形狀的變化會隨著區(qū)域調(diào)整產(chǎn)生一定的差異效果。在汽車座椅開發(fā)的過程中需要廣泛的引入有限元模型，開展仿真技術(shù)的應(yīng)用。提升自身的研發(fā)能力。在開發(fā)的流程中將有限元模型融入到座椅結(jié)構(gòu)安全性的調(diào)整中，通過物理試驗針對不同的有限元計算方式對不同的設(shè)計方案進行分析評價，找出產(chǎn)品中潛在的模式。針對汽車座椅有限元模型構(gòu)建的安全性仿真試驗，需要保證靜強度分析，通過對比試驗結(jié)果與實際情況能夠獲取到主要的汽車座椅有限元模型結(jié)構(gòu)安全參數(shù)。

3 結(jié)構(gòu)安全性試驗驗證

汽車座椅裝置壓桿穩(wěn)定性要保證結(jié)構(gòu)簡單，能夠及時的對汽車座椅進行調(diào)整。建立完善的校正模型，根據(jù)汽車座椅標識進行三維空間測量。利用旋轉(zhuǎn)矩陣實現(xiàn)座椅參數(shù)構(gòu)建約束關(guān)系，同時利用計算機技術(shù)優(yōu)化計算方式，實現(xiàn)參數(shù)的最優(yōu)解。建立有限元模型，運行最優(yōu)求解方式獲取到座椅的測量空間，進一步的驗證空間三維坐標。模型的正確性將會使做起的標識更加的明確，中心坐標提取法會使汽車座椅實用性進一步的確認。快速的識別圖像背景，在汽車座椅標識基礎(chǔ)上二值化圖像，設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)學(xué)形態(tài)，降低干擾同時開展圖像處理工作。在中心基點上進行像素定位，準確的獲取到汽車座椅的標識，在中心圖像中進行圖像測量，完成系統(tǒng)軟件的優(yōu)化。利用回放進行視頻文件的格式轉(zhuǎn)換，處理圖像模塊。在圖像測量模塊的主程序中對汽車座椅的承受沖擊進行試驗驗證，系統(tǒng)會自動根據(jù)設(shè)計要求調(diào)整參數(shù)。同一制動距離下對汽車座椅承受沖擊情況進行衡量，保證制動性能主要參數(shù)，并且在車輛行駛的過程中在完成靜止狀態(tài)下路程會隨著汽車的完全停下計算所用的時間，制動減速能夠反映制動力的大小，同時根據(jù)制動力的實際狀況對汽車座椅的效能避免溫度的提升。在恒定狀態(tài)下的制動效能主要反映了汽車座椅的抗熱衰性。

4 結(jié)構(gòu)安全性影響因素

汽車座椅結(jié)構(gòu)在承受沖擊的時候安全性不產(chǎn)生不同的表現(xiàn)，這種表現(xiàn)影響因素較多。在汽車受到碰撞產(chǎn)生變形的時候，根據(jù)擠壓程度，汽車座椅的安全區(qū)變形越小越好，遮掩更能夠使緩沖的總體剛度持續(xù)增大更好地保護人們的安全。同時緩沖區(qū)域剛性與沖擊力產(chǎn)生的矛盾關(guān)系將會發(fā)揮汽車座椅的功能。汽車主動安全裝置能夠降低交通事故發(fā)生的可能性，使汽車在承受沖擊的時候座椅能夠及時的反映并發(fā)揮作用。汽車的安全主要依靠主體性能結(jié)構(gòu)進行保障。汽車在承受碰撞的時候產(chǎn)生的力將會作用到人們的身上。這時候要通過汽車座椅將人身上的承受的力轉(zhuǎn)移到其他的地方。汽車座椅中的棉性物質(zhì)會將一定的承受力吸收掉。同時影響汽車結(jié)構(gòu)安全其他的因素還有前后保險杠無非是兩個車身外觀件，首先是美觀，其次就是保障行人安全和自我外觀保護。比如，如果車的前后碰到行人，低強度的碰撞下，保險杠會有個自然的回彈，盡量降低對行人的傷害，如果是碰到一般的障礙物，自然回彈一下，保證保險杠不至子一下子變形破損。試想，如果保險杠里面不是兩塊泡沫，而是兩塊剛性非常好的支撐，碰撞的時候硬碰硬。

5 結(jié)束語

汽車承受沖擊時座椅結(jié)構(gòu)安全性分析主要根據(jù)動態(tài)特點構(gòu)建仿真模型。座椅動態(tài)特點分析之后在剛度一定的情況下，座椅材料變硬，這時候的加速度曲線峰值會逐漸的增大，不利于人們的乘車安全。利用模擬計算出施加的荷載壓力，根據(jù)承受沖擊的實際情況，在固定點中負荷壓力進行加載，保證加載力區(qū)域中心進行連接。針對這種情況，對于汽車座椅結(jié)構(gòu)安全要進行優(yōu)化設(shè)計，具體計算性能影響會通過不同的幾何參數(shù)變化進行表達，通過計算分析設(shè)計值。在優(yōu)化數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上強化性能增加理論實踐分析，使汽車座椅承受到?jīng)_擊之后能夠更加的保證人們的安全。

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