驾驶员座椅强度特性仿真分析及优化

论文摘要

随着汽车工业现代化技术的发展,汽车广泛的进入人们生活中,而汽车座椅做为与人体直接接触的部件,其舒适性和安全性的重要程度是不言而喻的。关于座椅的强度特性仿真分析的理论和相关研究方法都已经得到了广泛的认可。并且,如何在满足安全性的同时尽可能的提高汽车座椅的工艺性并合理的减轻质量,也成为目前业界所关注的焦点。本文在开篇介绍了有限元理论及其仿真分析的一些方法,然后对汽车驾驶员座椅进行了静强度特性有限元仿真分析,并且阐述了所运用的有限元分析方法的可靠性和合理性。除考虑汽车驾驶员座椅本身强度外,本文同时考虑了在转向、制动、加速、颠簸四种工况下,座椅固定点(及地板附近连接件)的受力情况,考察其是否满足强度要求。在此基础上,模拟试验室振动台,对座椅先进行约束模态分析,然后进行XYZ三方向的扫频振动分析,以考察其是否满足振动强度要求。通过查阅大量国内、外文献,学习并对比已有的汽车驾驶室骨架的优化过程,本文采用的优化方法为,运用Hyperworks系列软件对座椅结构做类似的拓扑分析,以期达到优化与降重的目的。并根据静态特性的仿真结果,运用OptiStruct软件对该座椅结构进行了拓扑优化和改进,为设计工作做理论指导。本文主要对汽车座椅静强度特性进行了仿真分析,包括对座椅总成、座椅靠背和头枕进行加载和分析。并且在振动理论的基础上分析了座椅结构的前5阶模态,为合理的汽车驾驶员座椅模态分布提供理论依据,通过替换部分零件的材料对座椅零件进行优化。在其有限元模型施加约束和载荷后,根据设定的目标函数和优化约束,经过多次迭代,计算出符合优化约束和目标函数的最优解,并且通过密度云图验证替换后的优化效果。拓扑优化后整体结构的质量下降18.59%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 汽车座椅的结构及分类
• 1.1.1 座椅的结构
• 1.1.2 座椅的分类
• 1.2 座椅的性能
• 1.2.1 汽车座椅的舒适性研究
• 1.2.2 汽车座椅的安全性研究
• 1.2.3 座椅静强度标准
• 1.3 本课题的研究意义和内容
• 第二章 建立座椅静强度分析有限元模型
• 2.1 有限元方法基本的思想
• 2.2 座椅静强度特性分析的软件平台
• 2.3 座椅结构有限元模型的建立
• 2.4 汽车座椅有限元模型的定义和一般步骤
• 2.4.1 零件的几何清理
• 2.4.2 抽取中截面
• 2.4.3 座椅骨架常见破坏部件的选择与简化
• 2.4.4 单元类型的选择
• 2.4.5 材料特性和物理特性的定义
• 2.4.6 有限元网格的划分
• 2.4.7 边界条件的确定
• 2.5 本章小结
• 第三章 汽车驾驶员座椅特性仿真分析
• 3.1 向前加载的总成静强度仿真分析
• 3.2 向后加载的总成静强度仿真分析
• 3.3 座椅靠背静强度仿真分析
• 3.3.1 座椅靠背静强度仿真分析的加载方式
• 3.3.2 座椅靠背静强度仿真向前加载分析结果
• 3.3.3 座椅靠背静强度仿真向后加载分析结果
• 3.3.4 头枕后移量分析
• 3.4 汽车座椅结构在极限工况下的强度分析
• 3.4.1 加速工况
• 3.4.2 急转向工况
• 3.4.3 颠簸工况
• 3.4.4 急减速（制动）工况
• 3.5 汽车座椅结构模态分析
• 3.6 汽车座椅结构模态频率响应分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 座椅结构优化过程
• 4.1 座椅座盆结构材料替换
• 4.2 内、外侧板及铰接板材料替换
• 4.3 拓扑优化
• 4.3.1 读入需要优化的模型
• 4.3.2 进行优化分析
• 4.4 优化后座椅结构的强度验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果