行李箱冲击某汽车后排座椅的仿真分析与优化(2)
(1)座椅R 点前方150mm 的点(对头枕部分);
(2)座椅R 点前方100mm 的点(对座椅靠背部分)。
Hyperview 后处理软件对Ls-dyna 求解器中的结果文件分析表明,后排座椅在行李箱冲击过程中变形严重。在行李箱冲击后排座椅过程中座椅碰撞变形最大时,头枕及靠背超出评判面距离最大的点与其所对应的评判面,如图4 所示。其中,A 面和B 面分别为R 点前方100mm 和150mm 处的评判面。
图4 头枕及靠背超出评判面距离最大点Fig.4 Headrest and Backrest Beyond the Maximum Distance from the Judging Surface
碰撞过程中座椅头枕及靠背超出评判面距离最大的点与评判面之间的距离曲线图,如图5 所示。座椅头枕及靠背与评判面之间的距离为X 方向上的距离。由曲线图可知,座椅头枕在0.125s 时超出评判面最大距离36.85mm。座椅靠背在0.125s 时超出参考平面最大距离22.26mm,均不满足法规要求。
图5 座椅头枕及靠背与评判面距离曲线图Fig.5 Seat Headrest and Backrest with the Judging Surface Distance Graph
3.3 座椅骨架强度分析
上述仿真结果表明,后排座椅在受到行李箱冲击过程中(台车减速行驶)虽然没有发生零件断裂的情况,但在冲击过程中,座椅头枕及靠背均已超出规定评判面。通过对试验冲击过程的分析,选取座椅骨架变形较为严重的靠背管进行应力分析,如图6所示。通过Hyperview 分析结果文件可知,在0.125s 时刻,靠背管的最大应力达到556.2MPa。超出Q235 材料的屈服极限235MPa以及抗拉强度极限375MPa,具有很大的危险性。
图6 靠背管应力分布云图Fig.6 Backrest Tube Stress Diagram
4 优化方案
4.1 优化方案
由仿真分析结果可知该座椅在动态工况下不满足法规要求,应加强座椅零件局部的刚度及强度[9-10]。综合零件变形及受力情况选取靠背管C 进行优化。在充分考虑制造工艺与成本的前提下,提出两种方案对靠背管结构进行优化并进行对比。方案1 是将原靠背管的横截面从半径为12.5mm 的圆形改进为长半径为22.5mm、短半径为12.5mm 的椭圆形,以增大靠背管的横截面面积;方案2 是将靠背管改进为钣金件,优化后靠背U 形截面宽为45mm,在零件中间平整处起(3.5×20×445)mm 的筋,两侧增加12mm厚的翻边。图7(a)~图7(b)为优化前后靠背管结构横截面对比图。图8(a)~图8(c)分别为靠背管原结构图及优化后结构图。对两种方案分别进行仿真分析,综合应力、应变以及位移情况选取最优方案。
图7 优化前后靠背管结构横截面对比图Fig.7 Cross-Section of Back Tube Structure Before and After Optimization
图8 优化前后靠背管结构图Fig.8 Backtube Structure Diagram Before and After Optimization
4.2 优化结果
经过上述改进后,重新对行李箱冲击后排座椅过程进行仿真分析。优化前后行李箱冲击后排座椅试验过程中座椅头枕及靠背与评判面之间的距离、最大应力、应变以及靠背管质量,如表1所示。由表1 可知,经方案1 及方案2 优化后座椅头枕及靠背没有超过对应的评判面,均满足法规要求。通过对两种方案仿真分析的数据可知方案2 中靠背管的最大应力、应变值较优化前明显减小,没有超出Q235 材料的抗拉强度极限375MPa。相比于方案2,方案1 更好地提升了模型的整体性能,但没有提高靠背管的强度,质量也较大,所以选定方案2 为最优。
表1 优化前后结果对比Tab.1 Comparison of Results Before and After Optimization序号 优化前 方案1 方案2头枕与评判面距离(mm) 36.85 -11.17 -5.43靠背与评判面距离(mm) 22.26 -20.11 -9.94最大应力(MPa) 420.3 456.8 342.7最大应变(%) 24.26 27.38 19.78靠背管质量(kg) 0.301 0.465 0.286
5 结论
运用HyperMesh 和Ls-dyna 等有限元软件,在对某汽车后排座椅进行动态特性仿真分析结果不满足法规要求的情况下,以座椅结构变动较小并尽可能节约成本为前提,提出了有效的优化方案。两种方案的安全性分析结果验证了该方案的正确性和可行性,经对比分析选定方案2 为最优方案。将方案2 中优化结果与原结构进行对比分析,得到如下结论:
(1)优化后结构座椅头枕及靠背与评判面之间的距离明显降低,较优化前结构分别减少了42.28mm 和32.20mm,所得优化结果满足法规要求。
(2)在碰撞过程中座椅变形较为严重的靠背管C 的应力、应变最大值分别减少了77.6MPa、4.48%,该优化方案有效提高了靠背管的抗冲击能力。
[1]林逸,姚卫民,孙丹丹.承受冲击时汽车座椅结构安全性研究[J].北京理工大学学报,2005,25(1):18-26.(Lin Yi,Yao Wei-min,Sun on automobile seat safety perfor-mance during impact[J].Transactions of Beijing Institute of Techology,2005,25(1):18-26.)
文章来源:《爆炸与冲击》 网址: http://www.bzycjzz.cn/qikandaodu/2021/0430/955.html
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