白车身座椅刚度分析优化

白车身座椅刚度分析优化

1.分析目的

随着汽车工业的发展，汽车的保有量逐年递增，汽车逐步普遍的同时，人们的关注点也逐渐从汽车安全性扩展到其他方面，比如舒适性。汽车座椅作为车辆与乘客直接接触的部件，其作用更显重要。汽车座椅已经发展为集人机工程学、振动工程学、控制工程学等科学技术为一体的高科技含量系统工程产品。汽车座椅为乘员提供舒适的乘坐环境，支撑乘员重心，保持乘员在车辆行驶过程的稳定。座椅的静态刚度反映座椅抵抗变形的能力，作为评价座椅舒适性及稳定性的指标有着重要的作用。

本报告以某白车身为分析对象，利用有限元法，对其进行了座椅刚度分析。

2.使用软件说明

本次分析采用Hypermesh作前处理，Nastran作为求解器。

3. 有限元模型建立

对白车身CAD模型严格遵循网格划分标准进行有限单元网格划分，有限元模型如图3.1所示，网格划分标准如图3.2所示（详细标准参照整车网格前处理规范）。白车身所有零部件均采用壳单元进行划分，并尽量减少三角形数量，网格描述见表3.1。

图3.1白车身有限元模型

表3.1 网格描述

图3.2白车身网格划分标准

4. 白车身座椅刚度分析边界条件

4.1 白车身座椅刚度测试实况

实验台主要功能是在座椅上进行加载，通过测点数值计算车身刚度，如图4.1。

图4.1 静态刚度试验台 

4.2 有限元中座椅刚度边界条件

约束：前减震器固定点约束自由度123456

          后减震器固定点约束自由度123456

载荷：前排座椅：8个安装点位置分别加载100N垂直于安装面向下的力

          后排座椅：2个安装点位置分别加载100N垂直于安装面向下的力

如图4.2（此处力的大小对刚度计算无实际意义）。

图4.2白车身座椅安装点刚度分析边界条件

5. 仿真分析结果

5.1 位移云图

通过分析得到工况下最大Z向位移，来计算白车身在工况下的座椅安装点刚度。在当前工况下，白车身 Z 向变形如图5.1-5.10。

图5.1白车身 Z 向变形图

图5.2白车身 Z 向变形图

图5.3白车身 Z 向变形图

图5.4白车身 Z 向变形图

图5.5白车身 Z 向变形图

图5.6白车身 Z 向变形图

图5.7白车身 Z 向变形图 

图5.8白车身 Z 向变形图

图5.9白车身 Z 向变形图

图5.10白车身 Z 向变形图

5.2 分析结果

根据分析得到的位移数据，可以求出工况的弯曲刚度。

座椅刚度计算公式：座椅刚度＝加载力/位移。

6．分析结论

通过上述计算结果可知：

  1.从分析结果看白车身座椅安装点有四处不合格。

7.优化方案

7.1 提供方案

根据Z向变形云图，结合整车开发过程中实际情况，确认不达标安装点的不同优化方案。见图7.1-7.8

安装点4：

图7.1安装点4原方案

图7.2安装点4优化方案

安装点5：

图7.3安装点5原方案

图7.4安装点5优化方案

安装点9：

图7.5安装点9原方案

图7.6安装点9优化方案 

安装点10：

图7.7安装点10原方案

图7.8安装点10优化方案

7.2优化结果

  优化结果见图7.9-7.10

图7.9安装点10白车身 Z 向变形图（安装点5是对称件）

图7.10安装点9白车身 Z 向变形图（安装点4是对称件）

结果值为分析值2，见表7.1。 

7.3 优化结论

根据优化方案确定测量点Z向变形，计算各方案的扭转刚度数值如表7.1。

表7.1 优化结论

表7.1得知优化分析值比原分析值均有提升，但并未满足目标要求。需要继续优化。

7.4第二次优化

  根据第一次优化方案可知，安装点4，5，9，10，共四个安装点不合格，对结构料厚进行修改，均加厚至2.5mm。

  安装点4 和安装点9（对称件）

安装点5和安装点10（对称件）

7.5第二次优化结果

  白车身Z向位移云图见图7.5.1和7.5.2

图7.5.1安装点9白车身 Z 向变形图（安装点4是对称件）

图7.5.1安装点5白车身 Z 向变形图（安装点10是对称件）

7.6 第二次优化结论

根据优化方案确定测量点Z向变形，计算各方案的扭转���度数值如表7.2。

表7.2 第二次优化结论

表7.2得知第二次优化值均合格。