基于Hypermesh的后排座椅頭枕靜強度仿真研究

竇明哲 付景順

摘要：汽車座椅頭枕在發生事故時，對乘員頭部起到保護和支撐作用，直接影響汽車的安全性。文章根據GB15083-2006的相關標準，利用Hypermesh與Ls-dyna的聯合仿真的方法，對某乘用車的后排座椅頭枕進行靜強度仿真分析，在三次加載后，后排座椅鎖止結構發生失效現象，強度不足，通過結構改進，使其滿足法規的相關要求。

關鍵詞：聯合仿真;Hypermesh;頭枕靜強度

中圖分類號：U463 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）12-0016-02

1概述

隨著汽車行業的快速發展，汽車早已成為人們出行的主要工具，也因此，高頻的交通事故接踵而來。據統計，在事故中，后排乘客出現危險的概率較高。汽車座椅頭枕作為被動安全的組成部分，因此后排座椅安全性能引起了廣泛的重視，為保護乘客的安全需對后排座椅頭枕強度進行分析。

本文以某乘用車的后排座椅為研究對象，利用Hyper-mesh建模，使用Ls-dyna求解器求解，根據仿真分析結果，對其進行結構改進優化，使其滿足GBl5083-2006《汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強度要求和試驗方法》的相關法規規定。

2頭枕靜強度試驗標準及強度要求

對于后排座椅，每個規定的乘坐位置都應該驗證且需要時加載。該分6嚅對模型進行三次加載，具體打加載方式如下：

第一次加載：相對于R點以r為基準線，施加向后373N'm的力矩作用在人體模型靠背的部件。

第二次加載：在頭枕頂部下方65mm處，施加一個垂直于r1的轉矩，大小為373N·m。

第三次加載：第二次加載后，測量此時Y到r1的距離x，若x小于102mm且座椅并且座椅靠背未出現損壞，進行第三次加載，將第二次的加載力增加到890N，加載后要求座椅不能損壞。具體加載方式如圖1所示。

3有限元模型的建立

有限元模型質量的好壞會直接影響仿真結果的準確性和合理性，因此后排座椅頭枕有限元模型建立的準確性極其重要圈。在Hypermesh中進行建模，最終得到如圖2所示的有限元模型。

利用關鍵字*LOAD_NODE_POINT進行加載，如圖3所示為加載假背模型加載曲線圖，頭部加載曲線如圖4所示。約束方式按照實際連接位置進行約束。

模型中部分結構的材料屬性如表1。

4后排座椅仿真結果

頭枕后移量x是頭枕靜態性能試驗判定的重要指標。如圖5所示，在260ms時，頭枕位移量x為79.6mm，小于102mm，滿足法規規定的位移量要求，且該時刻模型未損壞，則認為第三次加載分析可以進行，按照規定，將第二次的初始載荷增加到890N。

具體如圖6所示第三次加載后鎖止機構出現了應力集中現象，該處采用的鋼材型號為QSTE420，屈服強度為420Mpa，極限強度為556.8Mpa，極限應變為30%。由圖中可知其最大應變56.1%。雖然應變極值區只占很小的區域，但是應力集中出現在鎖止機構與后排座椅骨架連接處，是兩者焊點連接的開始處，因此綜合應力應變對比數值可知，該處結構已經失效且有擴散的風險，不滿足法規規定，需對該結構進行改進設計。

5后排座椅的優化及驗證

結構的強度與結構形狀、結構厚度、結構采用的材料有著密切的關系，該處材料已采用強度較高的QSTE420，因此該結構的優化應該從厚度和結構方面著手。觀察結構發現該處結構設計處在缺陷，后排座椅骨架與鎖止機構的連接面積較小，縫長度過短，在同等力的作用下，接觸面積越小壓力越大，因此造成的此處的應力集中。故可增加鎖止機構和后排座椅靠背管之間的接觸面積，因此焊縫長度可由18mm增加至23mm，如圖7所示改進前后對比圖。

將改進后的模型文件提交到Ls-dyna中進行求解計算，第三次加載后的應力應變如圖8所示，最大要應力由56.1%降為8.6%，小于材料最大應變值和極限應力，分析可知，改進的后排座椅在碰撞后可以滿足法規要求。

6結論

本文按照GB15083-2006的要求，對某車后排座椅頭枕進行CAE靜強度仿真分析。通過分析發現原座椅模型強度不足，其結構強度不滿足國家規定。進而對其進行結構改進設計，優化后最大應變由56.1%降為8.6%。座椅可通過國家標準。進而縮短了產品開發周期，節約開發生產成本。