基于Hypermesh的后排座椅头枕静强度仿真研究

窦明哲 付景顺

摘要：汽车座椅头枕在发生事故时，对乘员头部起到保护和支撑作用，直接影响汽车的安全性。文章根据GB15083-2006的相关标准，利用Hypermesh与Ls-dyna的联合仿真的方法，对某乘用车的后排座椅头枕进行静强度仿真分析，在三次加载后，后排座椅锁止结构发生失效现象，强度不足，通过结构改进，使其满足法规的相关要求。

关键词：联合仿真;Hypermesh;头枕静强度

中图分类号：U463 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）12-0016-02

1概述

随着汽车行业的快速发展，汽车早已成为人们出行的主要工具，也因此，高频的交通事故接踵而来。据统计，在事故中，后排乘客出现危险的概率较高。汽车座椅头枕作为被动安全的组成部分，因此后排座椅安全性能引起了广泛的重视，为保护乘客的安全需对后排座椅头枕强度进行分析。

本文以某乘用车的后排座椅为研究对象，利用Hyper-mesh建模，使用Ls-dyna求解器求解，根据仿真分析结果，对其进行结构改进优化，使其满足GBl5083-2006《汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》的相关法规规定。

2头枕静强度试验标准及强度要求

对于后排座椅，每个规定的乘坐位置都应该验证且需要时加载。該分6嚅对模型进行三次加载，具体打加载方式如下：

第一次加载：相对于R点以r为基准线，施加向后373N'm的力矩作用在人体模型靠背的部件。

第二次加载：在头枕顶部下方65mm处，施加一个垂直于r1的转矩，大小为373N·m。

第三次加载：第二次加载后，测量此时Y到r1的距离x，若x小于102mm且座椅并且座椅靠背未出现损坏，进行第三次加载，将第二次的加载力增加到890N，加载后要求座椅不能损坏。具体加载方式如图1所示。

3有限元模型的建立

有限元模型质量的好坏会直接影响仿真结果的准确性和合理性，因此后排座椅头枕有限元模型建立的准确性极其重要圈。在Hypermesh中进行建模，最终得到如图2所示的有限元模型。

利用关键字*LOAD_NODE_POINT进行加载，如图3所示为加载假背模型加载曲线图，头部加载曲线如图4所示。约束方式按照实际连接位置进行约束。

模型中部分结构的材料属性如表1。

4后排座椅仿真结果

头枕后移量x是头枕静态性能试验判定的重要指标。如图5所示，在260ms时，头枕位移量x为79.6mm，小于102mm，满足法规规定的位移量要求，且该时刻模型未损坏，则认为第三次加载分析可以进行，按照规定，将第二次的初始载荷增加到890N。

具体如图6所示第三次加载后锁止机构出现了应力集中现象，该处采用的钢材型号为QSTE420，屈服强度为420Mpa，极限强度为556.8Mpa，极限应变为30%。由图中可知其最大应变56.1%。虽然应变极值区只占很小的区域，但是应力集中出现在锁止机构与后排座椅骨架连接处，是两者焊点连接的开始处，因此综合应力应变对比数值可知，该处结构已经失效且有扩散的风险，不满足法规规定，需对该结构进行改进设计。

5后排座椅的优化及验证

结构的强度与结构形状、结构厚度、结构采用的材料有着密切的关系，该处材料已采用强度较高的QSTE420，因此该结构的优化应该从厚度和结构方面着手。观察结构发现该处结构设计处在缺陷，后排座椅骨架与锁止机构的连接面积较小，缝长度过短，在同等力的作用下，接触面积越小压力越大，因此造成的此处的应力集中。故可增加锁止机构和后排座椅靠背管之间的接触面积，因此焊缝长度可由18mm增加至23mm，如图7所示改进前后对比图。

将改进后的模型文件提交到Ls-dyna中进行求解计算，第三次加载后的应力应变如图8所示，最大要应力由56.1%降为8.6%，小于材料最大应变值和极限应力，分析可知，改进的后排座椅在碰撞后可以满足法规要求。

6结论

本文按照GB15083-2006的要求，对某车后排座椅头枕进行CAE静强度仿真分析。通过分析发现原座椅模型强度不足，其结构强度不满足国家规定。进而对其进行结构改进设计，优化后最大应变由56.1%降为8.6%。座椅可通过国家标准。进而缩短了产品开发周期，节约开发生产成本。