座椅是人體與車輛直接接觸最多的載體，是車輛不可缺少的功能件之一。隨著市場需求層次的提升，座椅的安全性、可靠性、舒適性等各項性能已經(jīng)成為市場競爭的焦點。而座椅骨架強度問題更是其各項性能的基礎(chǔ)。目前，針對座椅強度問題除了有 GB15083-2006 等標準要求外，各整車企業(yè)也有自己標準及試驗評價方法。為提升座椅設(shè)計水平，本文將介紹應(yīng)用 Abaqus 進行座椅骨架強度分析，針對問題進行改進設(shè)計。

CAE 分析與試驗

 2.1 載荷條件

本文介紹的座椅骨架強度分析載荷來源于骨架耐久試驗要求。其中，耐久試驗方法參照 GB15083-2006 相關(guān)要求并進行了必要的改進，其目標在于考察座椅骨架耐久性能。在試驗中，利用工裝將座椅固定在適當位置，調(diào)整座椅靠背角度到試驗要求狀態(tài)。按試驗要求，座椅靠背骨架向前運動施加載荷為相對 R 點的作用力矩 x Nm，向后運動施加載荷位相對 R 點的作用力矩 y Nm。試驗評判標準為滿足耐久試驗 N 次。

 2.2 有限元模型與邊界條件

本次座椅骨架有限元分析采用 Abaqus/STANDARD 求解計算。建模中，忽略靠背彈簧，應(yīng)用 S3、S4 單元模擬座椅骨架模型；應(yīng)用 COUP_KIN 單元模擬縫焊和不重要區(qū)域的螺栓連接；應(yīng)用 B31 單元模擬靠背轉(zhuǎn)動銷，并釋放該單元的轉(zhuǎn)動自由度。其有限元模型如圖 1 所示。根據(jù)試驗要求，對座椅骨架施加相應(yīng)的約束和載荷。其邊界條件如圖 2 所示。

圖 1 座椅骨架有限元模型

圖 2 座椅骨架強度分析邊界條件

2.3 CAE 分析與試驗對比

CAE 分析結(jié)果顯示，靠背骨架連接板存在應(yīng)力集中，并且最大應(yīng)力為 326MPa，其應(yīng)力分布如圖 3 所示。在耐久試驗中，該連接件出現(xiàn)過早開裂，并且開裂位置與 CAE 分析應(yīng)力集中區(qū)域一致，實驗開裂位置見圖 4。

3 座椅骨架應(yīng)力分布圖

圖 4 試驗開裂位置

2.4 改進方案

針對靠背骨架連接件結(jié)構(gòu)較弱，應(yīng)力較大并且存在應(yīng)力集中這一問題。我們提出方案一：加強靠背骨架連接件設(shè)計；方案二：在對連接件進行加強設(shè)計的同時，改變靠背管焊接位置。應(yīng)用 Abaqus 對改進方案進行分析，結(jié)果表明兩種方案均能有效降低骨架最大應(yīng)力，并且靠背連接件改善效果明顯。其中，方案一最大應(yīng)力為 270MPa，但在靠背管焊接處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。方案二最大應(yīng)力為 264MPa，靠背管連接問題也有改善。其應(yīng)力分布云圖分別如圖 5、圖 6 所示。

圖 5 方案一應(yīng)力分布

圖 6 方案二應(yīng)力分布

在座椅骨架強度問題中，應(yīng)用 CAE 分析手段準確高效的模擬了試驗結(jié)果。應(yīng)用 CAE 分析手段有助于問題原因查找，并可以快速對多種改進方案進行優(yōu)化分析，有助于在設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

資料來源：達索官方