分析我國汽車座椅骨架構件布局設計方式

張敏 胡詩鋒

摘 要：傳統(tǒng)設計中的汽車座椅骨架構件是在經驗的支撐下所進行的，這樣的方式使得最終的設計效率偏低且難以實現(xiàn)最優(yōu)化的性價比。所以，在技術的發(fā)展更新下，并在結構拓撲技術不斷優(yōu)化的基礎上，對于座椅骨架構件布局設計提出了全新的優(yōu)化設計方案，這就需要在確切的骨架外觀形狀和座椅構件的整體尺寸要求下來確定設計區(qū)域，在技術的支撐下確定科學可行的實施方案，最大化的實現(xiàn)結構布局的最優(yōu)化。

關鍵詞：汽車座椅；骨架構件；布局設計方式

隨著社會經濟的發(fā)展，人們的生活質量和需求水平在不斷的上升，使得在逐漸的發(fā)展中，汽車行業(yè)成為我國國民經濟發(fā)展的支柱型產業(yè)之一，成為工業(yè)產業(yè)發(fā)展的重要影響因素，甚至于涵蓋了整個工業(yè)領域的工作內容。所以，在基本的設計建設中，需要將其作為耐用消費產品的作用有效的發(fā)揮出來，從基本的研發(fā)和設計到后期的生產、銷售以及維護等形成一個完成有效的體系，確保整體行業(yè)的質量和效率。在整個體系建設中，研發(fā)和設計環(huán)節(jié)是對產品后續(xù)的預期的性能有效實現(xiàn)的關鍵環(huán)節(jié)，這就體現(xiàn)了在具體應用過程中對各種零部件的結構設計在進行整體性的研發(fā)設計時的重要性。

1 汽車座椅骨架構件布局設計分析

在社會主義市場經濟的發(fā)展運行下，我國的制造業(yè)也得到長足的發(fā)展和進步。在進行汽車座椅的初期結構設置時，主要通過結構拓撲優(yōu)化設計技術實現(xiàn)對構件材料分布和整體布局的設計，進而得出初步階段的最優(yōu)化設計方案，并在此基礎上進行模型的創(chuàng)建，確保具體設計同整體機構的形狀和面貌以及尺寸之間的最優(yōu)化，并在同實際狀況相協(xié)調一致的基礎上實現(xiàn)真正的最優(yōu)化結構方案設計。通過這樣的方式能夠極大地提高整體的設計效率和后續(xù)的開發(fā)周期，并且在進行模型構建的基礎上減少不必要的修改過程，使得整體性的開發(fā)成本有所降低，并提升了自身產品的市場競爭力。

在優(yōu)化設計領域中，拓撲優(yōu)化是最具有生命力色彩的研究方向，能夠極大地實現(xiàn)結構的最優(yōu)化設計，并對給定設計區(qū)域內的材料分布實現(xiàn)最優(yōu)化的布局，一般情況下的應用方法有變密度法、水平集方法和均勻化法以及變厚度法等。近年來，在對汽車的零部件結構進行優(yōu)化設計的過程中，通過拓撲技術的應用已經取得了有效的進展。

汽車內飾中汽車座椅系統(tǒng)是重要的部件構成部分，對乘員起著重要的保護作用，在結構設計中，金屬骨架自身的剛度特性是座椅設計過程中需要考慮的核心問題。就傳統(tǒng)的設計而言，多是通過經驗化的思維活動來實現(xiàn)整體的設計，難以確保整體結構的最優(yōu)化設計。所以，在基于實現(xiàn)結構優(yōu)化的拓撲設計而言，需要明確基本的結構狀況，然后再明確設計的應用區(qū)域，進而進行模型創(chuàng)建，以確保整體運行結果的有效性。

2 拓撲結構方法設計

2.1 汽車座椅骨架結構分析

汽車座椅的骨架結構主要有純板結構和板管結構以及管鋼絲結構三種。在基本結構設計中，純板結構是由鈑金件對壓延金進行沖壓之后所形成的，板管結構主要是通過管件和鈑金件焊接而成的，管鋼絲結構則是通過鋼絲和管件焊接而成的。一般情況下，汽車采用相對頻繁的是板管結構，因其與其他兩種相較而言工藝較為簡單，并且因其結構的因素還能在整體布局上提高座椅的骨架剛度。

2.2 構件布局設計和方法流程應用

在進行優(yōu)化設計時，基本的應用流程分為優(yōu)化設計階段和新結構設計階段。這就需要對整體結構中所選定的區(qū)域進行模型的分析和設計，進入優(yōu)化設計的運行階段，然后再對設計模型進行分析，進而在基于拓撲優(yōu)化設計技術的應用下采用變密度法進行設計規(guī)劃，并在合理模型的支撐下，實現(xiàn)整體性的優(yōu)化，并將最終的優(yōu)化結果進行效果輸出驗證，如果優(yōu)化效果不甚明顯的話，則需要對模型設計重新進行拓撲優(yōu)化，在整體優(yōu)化完成之后，則進入到新結構設計階段，通過上一階段的拓撲優(yōu)化結果分析，需要實現(xiàn)新結構模型的設計，然后開展性能比較分析，然后對優(yōu)化后的結構性能參數(shù)同原結構進行比較，進而實現(xiàn)有效的分析，檢驗其是滿足整體的設計要求，滿足情況下則得到最優(yōu)化的設計，構件布局結束；如果沒有實現(xiàn)整體的滿足，則需要重新進行模型的分析，以達到最優(yōu)化的設計要求。

其中，采用的變密度法主要在同行材料的應用中，將各個單元內的相對密度確認為整體設計的變量，然后進行單元材料和密度的物理屬性設定，并尋求其間或許存在的某種對應關系，并通過連續(xù)變量的密度函數(shù)形式進行具體的顯性形式表達，一般情況下，單元內的設計變量是具有唯一性的。在具體應用中，該方法具有高效的計算效率和程序實現(xiàn)的簡單化，而且其中所采用的單元密度是相對性的參數(shù)，確保了同實際情況的有效結合。在工程研究應用中，變密度法在不斷的得到重視和推廣，并在不斷的研究上實現(xiàn)了有效的應用實施，并且就目前而言，已經在算法上具有一定的可行性，成為采用較多的一種材料插值方式。

2.3 優(yōu)化設計模型的建立

在進行汽車座椅骨架的設計時，剛度特性是需要考慮的關鍵性因素和問題，所以，在進行優(yōu)化設計時，在保證整體應用效率的基礎上提升骨架剛度，但同時也要確保整體的物體質量在規(guī)定的范圍之內，實現(xiàn)輕質高剛的結構設計。所以，在基于拓撲優(yōu)化設計的變密度法基本原理應用中，能夠實現(xiàn)有效的模型構建：

模型公式設計中C代表結構運行中的應變能，V是實現(xiàn)優(yōu)化后的體積，V0則為優(yōu)化前的體積，V*代表體積分數(shù)[1]。

3 結束語

為了有效實現(xiàn)具體應用中汽車行業(yè)的科學化發(fā)展，本文從其主要構件的座椅骨架方向出發(fā)，將其在設計中采用先進的拓撲優(yōu)化設計技術進行研究，以確保其在建設初期能夠實現(xiàn)合理的布局設計，并且能夠在設計的最初環(huán)節(jié)快速的尋找和確認構件布局的大概位置，突破了傳統(tǒng)的經驗性設計在應用中的重復測量，在提高整體設計效率的基礎上有效節(jié)約了資源設計成本，并且能夠通過最優(yōu)化的設計在應用的具體環(huán)節(jié)實現(xiàn)座椅骨架的最優(yōu)化，提升汽車使用的有效性和長久性。

參考文獻：

[1]張坤，丁曉紅，倪維宇，王海華.汽車座椅骨架構件布局設計方法[J].工程設計學報，2015，02：166-171.

作者簡介：張敏，1987.6，畢業(yè)院校：保定職業(yè)技術學院，專業(yè)：計算機輔助機械設計。