基于Hypermesh的某兒童安全座椅連接點(diǎn)仿真分析

劉繼宇 付景順

摘? 要：驗(yàn)證某款汽車兒童安全座椅ISOFIX連接點(diǎn)安全性能，根據(jù)國(guó)標(biāo)使用 Hypermesh 以及Ls-Dyna軟件對(duì)該模型進(jìn)行有限元建模及分析。檢驗(yàn)連接點(diǎn)強(qiáng)度，SFAD裝置X點(diǎn)位移以及塑性應(yīng)變情況是否滿足法規(guī)要求。

關(guān)鍵詞：兒童安全座椅IOSFIX連接點(diǎn);Hypermesh;Ls-dyna;X點(diǎn)位移;塑性形變

中圖分類號(hào)：U463.836? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）07-0068-02

Abstract： The safety performance of the ISOFIX connection point of a certain automobile child safety seat is verified. According to the national standard， the finite element modeling and analysis of the model are carried out using Hypermesh and Ls-Dyna software. Verify that the strength of the connection point， the X point displacement of the SFAD device and the plastic strain meet the requirements of the regulations.

Keywords： IOSFIX connection point of child safety seat; Hypermesh; Ls-dyna; X point displacement; plastic deformation

1 概述

現(xiàn)今汽車乘員安全問(wèn)題不容忽視，兒童乘車安全問(wèn)題更是備受關(guān)注[1]。兒童安全座椅是兒童行車安全的重要保障。

兒童安全座椅固定系統(tǒng)的固定方式分為2種[2]，歐洲標(biāo)準(zhǔn) ISOFIX 固定方式和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)LATCH固定方式。

國(guó)標(biāo)GB14167-2013《汽車安全帶安裝固定點(diǎn)、ISOFIX 固定點(diǎn)及上固定點(diǎn)系統(tǒng)》中定義了ISOFIX的技術(shù)要求及其試驗(yàn)方法。

本文以某車型兒童安全座椅的ISOFIX連接點(diǎn)為基礎(chǔ)，建立對(duì)應(yīng)的3D白車身模型以及仿真所用的靜態(tài)加載裝置SFAD模型。導(dǎo)入前處理軟件Hypermesh，使用通用顯式動(dòng)力求解器Ls-dyna計(jì)算求解。對(duì)分析結(jié)果與法規(guī)進(jìn)行對(duì)比，從而檢驗(yàn)其連接點(diǎn)的安全性能。

2 ISOFIX裝置強(qiáng)度靜態(tài)試驗(yàn)解析

本文研究的實(shí)驗(yàn)仿真基于國(guó)標(biāo)GB14167-2013規(guī)定[3]：

只有下固定點(diǎn)的ISOFIX連接裝置，對(duì)SFAD施加加載工況，正向和斜向。在加載階段過(guò)程中SFAD裝置的位移均不可超過(guò)125mm，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后連接點(diǎn)周圍以及周圍允許出現(xiàn)永久變形和開(kāi)裂。SFAD如圖1所示。

3 有限元模型建立與分析

3.1 有限元模型的建立簡(jiǎn)化及細(xì)化

使用3D建模軟件CATIA對(duì)此分析白車身模型建立和截取，然后通過(guò)數(shù)據(jù)交換把零件模型及數(shù)據(jù)導(dǎo)入Hypermesh，清除無(wú)關(guān)的component、property等，簡(jiǎn)化有限元模型，導(dǎo)入靜態(tài)加載裝置SFAD，如圖2所示。

3.2 安裝點(diǎn)細(xì)化，材料及單元屬性設(shè)定

安裝點(diǎn)周圍單元要局部細(xì)化[4]，保證安裝點(diǎn)周圍應(yīng)力應(yīng)變均勻分布。焊點(diǎn)采用彈簧梁?jiǎn)卧M。安裝點(diǎn)處使用的材料是MAT24 45#材料，密度7.85*103kg/m3，彈性模量210kPa，泊松比0.3。在此次分析中，對(duì)于連接點(diǎn)以及周圍的塑性應(yīng)變量應(yīng)該設(shè)置成24%。應(yīng)力應(yīng)變曲線圖對(duì)應(yīng)數(shù)值設(shè)置如下圖3所示：

3.3 約束條件以及載荷定義

（1）對(duì)車身邊界加以約束

在車身邊界節(jié)點(diǎn)建*BOUNDARY_SPC_SET節(jié)點(diǎn)集。邊界約束設(shè)置如圖4所示。

（2）加載及載荷定義

對(duì)于X點(diǎn)具體加載方向和大小分為三種，工況123分別代表正向加載，斜向加載1和斜向加載2，如下表1所示：

3.4 CAE仿真結(jié)果

將其提交LS-DYNA計(jì)算，計(jì)算結(jié)果使用Hyperview進(jìn)行查看，結(jié)果分為靜態(tài)加載裝置SFAD的X點(diǎn)沿加載方向的位移量，連接點(diǎn)處的應(yīng)力集中情況和連接點(diǎn)處以及周圍的塑性形變情況。

（1）SFAD的X點(diǎn)位移量最大結(jié)果圖如下圖6所示。

（2）連接點(diǎn)以及周圍結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力云圖如圖7所示。

（3）安裝點(diǎn)主要結(jié)構(gòu)件等效塑性應(yīng)變?cè)茍D如下圖8所示。

4 仿真結(jié)果解析

匯總仿真結(jié)果，依據(jù)法規(guī)得出以下結(jié)論：（1）各個(gè)工況下SFAD的X點(diǎn)最大位移量均小于規(guī)定的125mm，所以結(jié)果合格。（2）三種加載工況下的最大應(yīng)力均超過(guò)材料的屈服極限，所以連接點(diǎn)處有開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，但是允許永久的塑性形變和局部開(kāi)裂，未超過(guò)預(yù)設(shè)置的材料屬性應(yīng)力值585MPa，所以結(jié)果合格。（3）三種工況加載的塑性形變結(jié)果最大的15.4%沒(méi)有超過(guò)材料應(yīng)變值24%。仿真結(jié)果位移量達(dá)標(biāo)，塑性形變合格。

5 結(jié)束語(yǔ)

依據(jù)國(guó)標(biāo)，使用CATIA建模，Hypermesh進(jìn)行前處理，構(gòu)建出符合規(guī)定實(shí)驗(yàn)的有限元模型，并進(jìn)行三種工況的仿真，借助 Ls-Dyna軟件進(jìn)行求解。此次分析最終結(jié)果均符合規(guī)定，從而節(jié)省傳統(tǒng)臺(tái)車實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)成本，使得研發(fā)進(jìn)程更加高效。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛星子，覃國(guó)周，劉萬(wàn)里.ISOFIX固定裝置強(qiáng)度試驗(yàn)X點(diǎn)位移測(cè)量方法分析[J].客車技術(shù)與研究，2014，36（03）：53-55+62.

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[5]曹兆友，王海亮.ISOFIX固定系統(tǒng)的安全性分析[J].汽車工程師，2010（01）：46-47.