某車型中排座椅安裝點結構強度分析與優化

王瑞哲

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某車型中排座椅安裝點結構強度分析與優化

王瑞哲

（廣西艾盛創制科技有限公司，廣西 柳州 545007）

某車型中排座椅安裝點結構在做安全帶拉力試驗時，后內側座椅安裝螺栓發生拉脫，無法滿足試驗要求，試驗失敗。文章通過研究中地板座椅安裝強度失效原因，利用CAE仿真軟件，對中地板座椅安裝點結構以及焊點進行優化。優化后的結構，在試驗中未出現問題，滿足試驗法規相關要求。

中排座椅安裝點；結構優化；CAE分析

引言

汽車安全座椅是汽車普遍采用的安全裝備，是一種有效的成員保護裝置。車身座椅結構強度要保證可靠不失效，同時座椅與車身的連接結構強度也必須得到保障[1]。在碰撞事故中，如果座椅安裝點區域失效，成員失去了固定支撐，可能造成人員傷亡的情況。汽車座椅安裝點結構設計是汽車車身設計重要環節，應給與重視[2]。

本文結合某車型在做座椅安全帶拉力試驗時，中排座椅后內側安裝螺栓拉脫失效。結合CAE仿真分析手段，對其座椅安裝點結構進行優化設計，優化后的結構滿足試驗法規要求，問題得到解決。

1 問題描述

注：1-右前座椅安裝點；2-左前座椅安裝點；3-左后座椅安裝點；4-右后座椅安裝點；5-中地板；6-座椅安裝加強板；7-中地板橫梁

某車型中排座椅左右兩側各一個，每側座椅安裝點共計4個，前后各兩個。前面兩個安裝點結構形式是座椅安裝加強板與中地板本體形成焊接總成后通過安裝螺栓與座椅連接；后面兩個安裝點結構形式是座椅安裝加強板與中地板本體形成焊接總成后再與后地板橫梁焊接，焊接后的總成在通過安裝螺栓與座椅連接。中地板座椅安裝點結構形式如圖1所示。

某車型在做中排座椅安全帶拉力時，后內側安裝螺栓出現拉脫的問題，如圖2所示。

圖2 中排座椅后內側安裝螺栓拉脫

2 原因分析

通過初步分析，中排座椅后內側安裝螺栓出現拉脫問題原因如下：

（1）安全帶施力點集中在座椅上，當施加載荷時，作用力很大部分通過后內側座椅支柱傳遞到后內側安裝點。此時后內側安裝點受到的是拉應力，由于該結構傳遞能力差，應力集中明顯，故后內側安裝點失效。安全帶安裝點位置如圖3所示。

圖3 中排座椅安全帶安裝點位置

注：1-中地板；2-座椅安裝加強板；3-座椅安裝螺母；4-中地板橫梁

（2）后內側安裝點雖然搭接在中地板橫梁上。但座椅安裝加強板焊接在中地板，懸空于中地板橫梁上，Z向沒有有效的結構做支撐，如圖4所示。當施加載荷12.8KN時，安裝螺栓被拉起，中地板與座椅安裝加強板受到焊點力的拉扯被剝離，最終安裝螺栓完全拉脫，實驗失敗。

3 結構優化方案設計

由于座椅本體結構方案不做更改，所以需要更改后內側座椅安裝點的結構來提高此處的強度和剛度。

在中地板與中地板橫梁腔體內，增加左、右座椅加強板以及座椅安裝螺母板，材料：ST37-2G，料厚1.5mm。座椅安裝螺母板焊接在座椅加強板腔體中，內形成一個焊接總成：座椅加強板焊合總成。座椅加強板焊合總成焊接在中地板橫梁腔體中。其中左座椅加強板焊合總成與中地板橫梁搭接處增加12處焊點，4處CO2保護焊；右座椅加強板焊合總成與中地板橫梁搭接處追加12處焊點，2處CO2保護焊。通過追加左右座椅加強板焊合總成可以有效的提高中地板橫梁與中地板、座椅安裝加強板之間的強度和剛度，如圖5所示。

注：1-中地板橫梁；2-中排左座椅加強板；3-中排右座椅加強板； 4-螺母板；5-焊接螺母

原方案以及優化方案CAE分析結果應變云圖、焊點力如圖6所示。以下分析中A代表左座椅后內側安裝座椅安裝腳區域；B代表右座椅后內側安裝座椅安裝腳區域。

圖6（a） 更改前中排座椅后內側座椅安裝點應變云圖

圖6（b） 優化后中排座椅后內側座椅安裝點應變云圖

由CAE分析結果可知，A區域的最大應變值由更改前0.106變為優化后0.079，下降明顯。B區域最大應變值由更改前0.113變為優化后0.111，變化不大。考慮到最大應變發生在螺母邊緣，所以失效風險較小。A區域的最大焊點力由更改前6.46KN變更到優化后的1.863KN，降幅明顯。B區域的最大焊點力由更改前6.952變更為優化后的2.829KN，小于焊點失效閥值3KN，失效風險小。

從應變以及焊點力的分析結果來看，優化后的結構均滿足設計要求，改善效果明顯。因此可以判斷優化后的結構能有效避免中排座椅安裝螺栓拉脫問題出現。

圖6（c） 更改前中排座椅后內側座椅安裝點焊點力分析

圖6（d） 優化后中排座椅后內側座椅安裝點焊點力分析

4 方案驗證

采用優化后的結構再次進行安全帶拉力試驗驗證。驗證結果表明中排座椅后內側座椅安裝螺栓沒有被拉脫，也沒有出現鈑金開裂，焊點剝離等問題。同時也滿足國家相關法規要求。仿真結果與試驗結果相吻合，這也恰好說明本次仿真結果有一定可信性[3]。安全帶拉力試驗后中排座椅安裝點圖片詳見圖7所示。優化后的結構，可以避免應力集中，有效的把座椅傳遞過來的載荷快速分散到中地板橫梁上。提高了此處的剛度和強度，驗證方案是可行的。

圖7 試驗后中排座椅安裝點

5 結論

本文針對某車型中排座椅在做安全帶拉力試驗時出現座椅安裝螺栓拉脫問題，并對此進行原因分析。通過初步分析找出兩點原因。并對拉脫的中排后內側座椅安裝點的結構進行分析，并優化。優化后的結構通過了CAE仿真分析以及試驗的驗證。滿足各項國家試驗法規要求。本文的思路和經驗可以為以后出現類似的問題提供借鑒和參考。

[1] 徐國強,路中鋒.后地板座椅安裝點結構優化設計[J].汽車實用技術,2013（2）:42-45.

[2] 高凱云.汽車車身結構分析[M].北京理工大學出版社,2005.

[3] 賀成貴,李新華,李落星,陽輝林.汽車座椅安全帶固定點強度設計[J].重慶理工大學學報（自然科學版）,2017,7（31）:56-62.

Strength analysis and optimization of a certain vehicle intermediate floor chair gearing orders

Wang Ruizhe

（AISN AUTO R&D CO., LTD, Guangxi Liuzhou 545007）

A certain vehicle safety belt pull test was failure because posteromedial chair gearing orders installing bolts were pull out from intermediate floor and can't meet the experimental requirements. Intermediate floor chair gearing orders structure and welding spot were optimized by researching the reason of strength failure with CAE in this paper. The optimized structure pass the test and meet the requirements of test regulations.

intermediate floor chair gearing orders; structure optimization; CAE analysis

U467

B

1671-7988(2018)20-123-03

王瑞哲，男，（1984.1-），畢業于蘭州理工大學，碩士，就職于廣西艾盛創制科技有限公司，從事汽車車身設計工作。

U467

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1671-7988(2018)20-123-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.045