分析我国汽车座椅骨架构件布局设计方式

张敏 胡诗锋

摘 要：傳统设计中的汽车座椅骨架构件是在经验的支撑下所进行的，这样的方式使得最终的设计效率偏低且难以实现最优化的性价比。所以，在技术的发展更新下，并在结构拓扑技术不断优化的基础上，对于座椅骨架构件布局设计提出了全新的优化设计方案，这就需要在确切的骨架外观形状和座椅构件的整体尺寸要求下来确定设计区域，在技术的支撑下确定科学可行的实施方案，最大化的实现结构布局的最优化。

关键词：汽车座椅；骨架构件；布局设计方式

随着社会经济的发展，人们的生活质量和需求水平在不断的上升，使得在逐渐的发展中，汽车行业成为我国国民经济发展的支柱型产业之一，成为工业产业发展的重要影响因素，甚至于涵盖了整个工业领域的工作内容。所以，在基本的设计建设中，需要将其作为耐用消费产品的作用有效的发挥出来，从基本的研发和设计到后期的生产、销售以及维护等形成一个完成有效的体系，确保整体行业的质量和效率。在整个体系建设中，研发和设计环节是对产品后续的预期的性能有效实现的关键环节，这就体现了在具体应用过程中对各种零部件的结构设计在进行整体性的研发设计时的重要性。

1 汽车座椅骨架构件布局设计分析

在社会主义市场经济的发展运行下，我国的制造业也得到长足的发展和进步。在进行汽车座椅的初期结构设置时，主要通过结构拓扑优化设计技术实现对构件材料分布和整体布局的设计，进而得出初步阶段的最优化设计方案，并在此基础上进行模型的创建，确保具体设计同整体机构的形状和面貌以及尺寸之间的最优化，并在同实际状况相协调一致的基础上实现真正的最优化结构方案设计。通过这样的方式能够极大地提高整体的设计效率和后续的开发周期，并且在进行模型构建的基础上减少不必要的修改过程，使得整体性的开发成本有所降低，并提升了自身产品的市场竞争力。

在优化设计领域中，拓扑优化是最具有生命力色彩的研究方向，能够极大地实现结构的最优化设计，并对给定设计区域内的材料分布实现最优化的布局，一般情况下的应用方法有变密度法、水平集方法和均匀化法以及变厚度法等。近年来，在对汽车的零部件结构进行优化设计的过程中，通过拓扑技术的应用已经取得了有效的进展。

汽车内饰中汽车座椅系统是重要的部件构成部分，对乘员起着重要的保护作用，在结构设计中，金属骨架自身的刚度特性是座椅设计过程中需要考虑的核心问题。就传统的设计而言，多是通过经验化的思维活动来实现整体的设计，难以确保整体结构的最优化设计。所以，在基于实现结构优化的拓扑设计而言，需要明确基本的结构状况，然后再明确设计的应用区域，进而进行模型创建，以确保整体运行结果的有效性。

2 拓扑结构方法设计

2.1 汽车座椅骨架结构分析

汽车座椅的骨架结构主要有纯板结构和板管结构以及管钢丝结构三种。在基本结构设计中，纯板结构是由钣金件对压延金进行冲压之后所形成的，板管结构主要是通过管件和钣金件焊接而成的，管钢丝结构则是通过钢丝和管件焊接而成的。一般情况下，汽车采用相对频繁的是板管结构，因其与其他两种相较而言工艺较为简单，并且因其结构的因素还能在整体布局上提高座椅的骨架刚度。

2.2 构件布局设计和方法流程应用

在进行优化设计时，基本的应用流程分为优化设计阶段和新结构设计阶段。这就需要对整体结构中所选定的区域进行模型的分析和设计，进入优化设计的运行阶段，然后再对设计模型进行分析，进而在基于拓扑优化设计技术的应用下采用变密度法进行设计规划，并在合理模型的支撑下，实现整体性的优化，并将最终的优化结果进行效果输出验证，如果优化效果不甚明显的话，则需要对模型设计重新进行拓扑优化，在整体优化完成之后，则进入到新结构设计阶段，通过上一阶段的拓扑优化结果分析，需要实现新结构模型的设计，然后开展性能比较分析，然后对优化后的结构性能参数同原结构进行比较，进而实现有效的分析，检验其是满足整体的设计要求，满足情况下则得到最优化的设计，构件布局结束；如果没有实现整体的满足，则需要重新进行模型的分析，以达到最优化的设计要求。

其中，采用的变密度法主要在同行材料的应用中，将各个单元内的相对密度确认为整体设计的变量，然后进行单元材料和密度的物理属性设定，并寻求其间或许存在的某种对应关系，并通过连续变量的密度函数形式进行具体的显性形式表达，一般情况下，单元内的设计变量是具有唯一性的。在具体应用中，该方法具有高效的计算效率和程序实现的简单化，而且其中所采用的单元密度是相对性的参数，确保了同实际情况的有效结合。在工程研究应用中，变密度法在不断的得到重视和推广，并在不断的研究上实现了有效的应用实施，并且就目前而言，已经在算法上具有一定的可行性，成为采用较多的一种材料插值方式。

2.3 优化设计模型的建立

在进行汽车座椅骨架的设计时，刚度特性是需要考虑的关键性因素和问题，所以，在进行优化设计时，在保证整体应用效率的基础上提升骨架刚度，但同时也要确保整体的物体质量在规定的范围之内，实现轻质高刚的结构设计。所以，在基于拓扑优化设计的变密度法基本原理应用中，能够实现有效的模型构建：

模型公式设计中C代表结构运行中的应变能，V是实现优化后的体积，V0则为优化前的体积，V*代表体积分数[1]。

3 结束语

为了有效实现具体应用中汽车行业的科学化发展，本文从其主要构件的座椅骨架方向出发，将其在设计中采用先进的拓扑优化设计技术进行研究，以确保其在建设初期能够实现合理的布局设计，并且能够在设计的最初环节快速的寻找和确认构件布局的大概位置，突破了传统的经验性设计在应用中的重复测量，在提高整体设计效率的基础上有效节约了资源设计成本，并且能够通过最优化的设计在应用的具体环节实现座椅骨架的最优化，提升汽车使用的有效性和长久性。

参考文献：

[1]张坤，丁晓红，倪维宇，王海华.汽车座椅骨架构件布局设计方法[J].工程设计学报，2015，02：166-171.

作者简介：张敏，1987.6，毕业院校：保定职业技术学院，专业：计算机辅助机械设计。