DYNA在安全带固定点强度仿真分析中的应用

闫丽

摘要：安全带固定点强度是汽车被动安全的一个重要指标。在规定试验载荷情况下，必须保证安全带不得从安装固定点处脱落，且固定点满足位移要求。本文结合某车型，利用DYNA对安全带固定点强度进行仿真分析，给出了可行的计算模型及改进方案。

关键词：安全带；固定点强度；DYNA；仿真分析

0 引言

汽车安全性是汽车的一项很重要的使用性能，它事关汽车驾、乘人员的生命安危。汽车安全问题已成为当今最重要的研究领域之一，同时也是国家汽车质量强制检测法规的主要部分。安全带是汽车被动安全的一个重要组成部分，其固定点必须具有足够的强度。如何进行安全带固定点强度设计是汽车安全性设计必须要面对的问题。

随着计算机技术和计算方法的发展，汽车碰撞过程的计算机仿真技术应运而生且日益成熟，在汽车碰撞仿真分析领域出现了一批优秀的分析软件，DYNA软件就是其中的佼佼者，尤其是在大变形、高度非线性仿真分析领域有着不可或缺的作用。

本文以ECER14为基础，结合某车型，运用DYNA对安全带固定点强度进行分析，并与试验结果进行了相关性分析，最后对原结构进行了改进，使固定点强度能够满足ECER14要求。

1 法规要求简介

1.1 安全带固定点强度试验

ECER14法规规定安全带固定点需进行如图1所示的试验。

试验要求加载装置：

使用试验加载装置，加载13500N的力到胸部牵引装置和腰部牵引装置上（图1中P所示方向）。以尽可能快的速度加载至规定值，并至少持续0.2S。

1.2 试验要求

如果在规定的时间内，持续按规定的力加载，则允许固定点或周围区域有永久变形，包括部分断裂或产生裂纹。试验期间，上有效固定点应满足（1）的要求，下有效固定点的最小间隔应满足（2）的要求。

（1）上固定点满足要求：

安全带上有效固定点应在与汽车纵向中心面垂直且过R 点的铅垂平面后方且应在C点的水平面上方。

C点位于R点铅垂上方450mm处，若S大于280，则C和R之间的铅垂距离应为500mm。

S为安全带上有效固定点至平行于车辆纵向中心平面的基准平面P即座椅的中心平面的距离。

（2）下固定点满足要求：

分别通过同一安全带两个下固定点的最小间隔不得小于350mm。对M1和N1类车辆的后排中央乘坐位置，若相对其他乘坐位置是不可移位的，则上述距离不可小于240mm。

2 仿真加载模型建立

2.1 加载模块模型建立

利用前处理软件ANSA建立所需加载模块模型。

加载模块有限元模型如图2中左图所示：

2.2 安全带单元建立

此分析模型中需用三种安全带单元，一维安全带单元、二维安全带单元及滑环单元。安全带模型如图2中右图所示：

一维安全带单元用关键字ELEMENT_SEATBELT建立，分别用关键字SECTION_SEATBELT及MAT_SEATBELT建立一维安全带单元属性及材料。

二维安全带单元用关键字ELEMENT_SHELL建立，分别用关键字SECTION_SHELL及MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY建立二维安全带单元属性及材料。

滑环单元用关键字ELEMENT_SEATBELT_SLIPRING建立。

3 案例

3.1 某车型后排座椅基本状态

后排座椅H点坐标：（2266，0，340）；上有效固定点坐标：（2587，-146，840）；S的长度为：150mm；C点位于R点上方450mm处；初始状态上有效固定点位于R点上方500mm。

由以上数据可得上有效固定点在试验或仿真前后的X向位移都应小于321mm，Z向位移都应小于50mm。

一般车辆下有效固定点在设计初期便满足要求，此车型下固定点满足法规要求，本文对此不做过多阐述。

车型原状态称为初始模型，改进状态称为改进模型。

3.2模型改进

经过多次改进仿真分析，最终根据仿真分析结果确定如下改进方案：

增加备件如图3：

在充分考虑生产工艺及装配条件下，增加零件A、B、C、D，零件A、C、D采用2mm厚B340LA材料，零件B采用45号钢。

改进模型仿真变形如图4：

其中X向位移193mm<321mm，Z向位移40mm<50mm，满足法规要求。通过后期试验验证，此改进方法有效，仿真结果与试验结果基本一致。

4 结论

此种安全点固定点强度分析方法可有效模拟安全带固定点强度试验，可为整车安全性能设计与开发提供有效数据支持，进而减少试验费用，缩短开发周期。

参考文献：

[1]ECER14.关于汽车安全带安装固定点认证的统一规定

[2]LS-DYNAK970 EYWORD USERS MANUAL