大型客車座椅固定裝置強度的有限元分析

大型客車座椅固定裝置經常被損壞，從而造成嚴重的乘員受傷甚至死亡事故。為此，利用有限元和試驗設計（DOE）方法，對固定裝置進行強度分析，提高客車安全性。

客車座椅安全法規包括安全帶安裝固定軸、座椅結構和座椅固定裝置強度。座椅固定裝置強度法規未完善，可使用ECE第80條法規作為依據。法規要求座椅承載靜態載荷，檢測座椅固定裝置有足夠強度且確保測試后無損壞。要求測試點1與水平面距離H1約為0.7～0.8m，測試點2與水平面距離H2約為0.45～0.55m，分別施加力F1和F2。

使用軟件Solid Works 2011建立座椅模型，結構包括座椅后背、底面、座椅腿、側固定裝置和下固定裝置。進行有限元網格劃分，形成有限元模型。

座椅材料為矩形鋼管和薄板狀金屬材料。座椅固定裝置位于地板，其材料特性視為各向同性且具有線彈性。

試驗設計（DOE）。整個過程利用Minitab軟件。Von-Mises應力施加到座椅兩側固定裝置。使用兩側固定裝置中心點距離d和裝置外層金屬厚度t作為試驗設計參數。

接觸條件。基于座椅實際機械運行機理，座椅其它部件的接觸方式分為滑行和理想焊接式。

限制條件。試驗座椅的安裝地板固定不動。H1和H2確定為0.8m和0.55m。試驗力F1和F2確定為1250N和3640N。

從座椅固定裝置強度和形變兩方面進行分析，研究不同幾何參數（d和t）的影響。①座椅固定裝置強度方面。兩側固定裝置中心點距離d和裝置外層金屬厚度t影響固定裝置的受力情況，尤其厚度t更為明顯，可信程度高達95%。可通過增加兩個幾何數值來減少兩側固定裝置受力程度。②形變方面。兩側固定裝置中心點距離d和裝置外層金屬厚度t對座椅后背形變沒有明顯影響，試驗中座椅后背H1和H2兩點處平均最大形變分別為284.05mm 和104.63mm，處于法規允許范圍。

此研究成果有助于大型客車座椅固定裝置的設計，利于車輛安全的提升和成本的降低。

刊名：Advanced Materials Research（英）

刊期：2013年第658卷

作者：Somsak Siwadamrongpong et al

編譯：謝秀磊