基于Hypermesh的某儿童安全座椅连接点仿真分析

刘继宇 付景顺

摘  要：验证某款汽车儿童安全座椅ISOFIX连接点安全性能，根据国标使用 Hypermesh 以及Ls-Dyna软件对该模型进行有限元建模及分析。检验连接点强度，SFAD装置X点位移以及塑性应变情况是否满足法规要求。

关键词：儿童安全座椅IOSFIX连接点;Hypermesh;Ls-dyna;X点位移;塑性形变

中图分类号：U463.836       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）07-0068-02

Abstract： The safety performance of the ISOFIX connection point of a certain automobile child safety seat is verified. According to the national standard， the finite element modeling and analysis of the model are carried out using Hypermesh and Ls-Dyna software. Verify that the strength of the connection point， the X point displacement of the SFAD device and the plastic strain meet the requirements of the regulations.

Keywords： IOSFIX connection point of child safety seat; Hypermesh; Ls-dyna; X point displacement; plastic deformation

1 概述

现今汽车乘员安全问题不容忽视，儿童乘车安全问题更是备受关注[1]。儿童安全座椅是儿童行车安全的重要保障。

儿童安全座椅固定系统的固定方式分为2种[2]，欧洲标准 ISOFIX 固定方式和美国标准LATCH固定方式。

国标GB14167-2013《汽车安全带安装固定点、ISOFIX 固定点及上固定点系統》中定义了ISOFIX的技术要求及其试验方法。

本文以某车型儿童安全座椅的ISOFIX连接点为基础，建立对应的3D白车身模型以及仿真所用的静态加载装置SFAD模型。导入前处理软件Hypermesh，使用通用显式动力求解器Ls-dyna计算求解。对分析结果与法规进行对比，从而检验其连接点的安全性能。

2 ISOFIX装置强度静态试验解析

本文研究的实验仿真基于国标GB14167-2013规定[3]：

只有下固定点的ISOFIX连接装置，对SFAD施加加载工况，正向和斜向。在加载阶段过程中SFAD装置的位移均不可超过125mm，实验结束后连接点周围以及周围允许出现永久变形和开裂。SFAD如图1所示。

3 有限元模型建立与分析

3.1 有限元模型的建立简化及细化

使用3D建模软件CATIA对此分析白车身模型建立和截取，然后通过数据交换把零件模型及数据导入Hypermesh，清除无关的component、property等，简化有限元模型，导入静态加载装置SFAD，如图2所示。

3.2 安装点细化，材料及单元属性设定

安装点周围单元要局部细化[4]，保证安装点周围应力应变均匀分布。焊点采用弹簧梁单元模拟。安装点处使用的材料是MAT24 45#材料，密度7.85*103kg/m3，弹性模量210kPa，泊松比0.3。在此次分析中，对于连接点以及周围的塑性应变量应该设置成24%。应力应变曲线图对应数值设置如下图3所示：

3.3 约束条件以及载荷定义

（1）对车身边界加以约束

在车身边界节点建*BOUNDARY_SPC_SET节点集。边界约束设置如图4所示。

（2）加载及载荷定义

对于X点具体加载方向和大小分为三种，工况123分别代表正向加载，斜向加载1和斜向加载2，如下表1所示：

3.4 CAE仿真结果

将其提交LS-DYNA计算，计算结果使用Hyperview进行查看，结果分为静态加载装置SFAD的X点沿加载方向的位移量，连接点处的应力集中情况和连接点处以及周围的塑性形变情况。

（1）SFAD的X点位移量最大结果图如下图6所示。

（2）连接点以及周围结构的等效应力云图如图7所示。

（3）安装点主要结构件等效塑性应变云图如下图8所示。

4 仿真结果解析

汇总仿真结果，依据法规得出以下结论：（1）各个工况下SFAD的X点最大位移量均小于规定的125mm，所以结果合格。（2）三种加载工况下的最大应力均超过材料的屈服极限，所以连接点处有开裂风险，但是允许永久的塑性形变和局部开裂，未超过预设置的材料属性应力值585MPa，所以结果合格。（3）三种工况加载的塑性形变结果最大的15.4%没有超过材料应变值24%。仿真结果位移量达标，塑性形变合格。

5 结束语

依据国标，使用CATIA建模，Hypermesh进行前处理，构建出符合规定实验的有限元模型，并进行三种工况的仿真，借助 Ls-Dyna软件进行求解。此次分析最终结果均符合规定，从而节省传统台车实验的经济成本，使得研发进程更加高效。

参考文献：

[1]毛星子，覃国周，刘万里.ISOFIX固定装置强度试验X点位移测量方法分析[J].客车技术与研究，2014，36（03）：53-55+62.

[2]毛星子.ISOFIX儿童约束系统固定装置的技术要求及对比分析[J].客车技术与研究，2013，35（06）：54-58.

[3]侯辉，彭志军，牛彦雷.中欧美ISOFIX固定点系统法规解析[J].汽车零部件，2015（09）：49-52.

[4]侯延军，周立，崔东，等.基于LS-DYNA的儿童座椅ISOFIX分析研究[J].汽车技术，2016（01）：42-46+56.

[5]曹兆友，王海亮.ISOFIX固定系统的安全性分析[J].汽车工程师，2010（01）：46-47.