汽车正撞时后排座椅安全性的CAE分析与改进设计

作者：时间：2016-12-19 来源：网络

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本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/201612/331485.htm2.3 带假人正撞负载试验CAE分析

该车后排座椅中间位置的安全带固定点设置在后排座椅上，发生正面碰撞时如果该位置有乘员佩带安全带，座椅可能会因为额外承受乘员的动载荷而出现更大的变形，导致乘员伤害。为提高座椅系统安全性能，企业标准要求：在后排中间位置放置一个HybridⅢ50百分位假人并系上安全带，加载模拟汽车50km/h实车正面碰撞波形(图7)进行正撞负载试验，考核座椅结构强度和假人动态响应。

图7 实车正面碰撞波形

为了充分利用两种算法的优势，本文中采用大变形有限元和多刚体耦合方法对带假人的座椅负载安全性进行CAE分析。假人、安全带采用多刚体软件MADYMO建模(HybridⅢ50百分位假人和3点式安全带)，安全织带采用的是三节点壳单元与1维弹簧单元结合的混合模型，腰带及肩带中段为带宽50mm、厚1.1mm的有限元段带，两端分别用1维安全带单元将背带连接到座椅上，各段具有相同的织带特性。在滑环处建立了安全带滑环单元，摩擦因数设为0.3，模拟肩腰带在带扣滑环中上下滑动的效果。耦合计算过程如图8所示。

采用LS-DYNA计算座椅各个部件的变形情况；采用MADYMO分析座椅、安全带对人体的保护作用以及假人伤害响应。耦合计算模型如图9所示。

图9 带假人正撞负载试验耦合模型

座椅靠背变形和假人运动见图10。安全带固定在60%靠背上，60%靠背同时受到试验样块的冲击和安全带拉力的合力，60%靠背骨架刚度较弱，变形位移超过参考面，未满足该企业要求。

图10 座椅靠背冲击变形图

图11示出60%靠背严重变形区域；图12为中支架变形前后的对比图。由图11和图12可见，座椅60%靠背上的中支撑板、中支架和下梁变形严重。中支架为片状结构，承载能力较弱。60%靠背不仅产生较大的局部弯曲变形，而且由于下粱扭转还使靠背出现了整体前翻，最大位移超过了参考面。

3 改进设计仿真计算及试验验证

分析发现，原座椅结构的中支撑板在受到冲击时出现较大弯曲变形，导致试验样块的冲击力和安全带拉力集中在靠背中间位置，无法传递到靠背下部的安装固定点。仿真结果表明，靠背底板吸能1082J，中支撑板吸能82J，下梁吸能709J，其中刚度较弱的靠背底板集中承受了试验样块和假人的大部分动载荷。因此，正确设计力的传递路径，合理分配部件吸能，可有效提高座椅靠背的结构抗冲击件。

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