基于Hypermesh的SUV后排座椅冲击仿真分析

一、法规导读

座椅系统是汽车上保护车内乘员安全的关键部件之一，不但要承受乘员的质量，还要承受车辆启动、制动及加速等常规工况以及碰撞事故中的冲击载荷。特别是在交通事故中，汽车后排座椅会受到行李箱内物体的巨大冲击载荷，座椅骨架如刚强度设计不足将会产生严重的变形甚至断裂，对后排乘员造成严重的伤害。

因此，2009年国颁布强制检验法规 GB 15083－2006 《汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》，对汽车在发生碰撞时行李箱后排座椅的侵入量提出了明确要求。该法规对座椅背部的支撑结构及座椅骨架的强度都提出了更高的要求。

本文作者通过对某型后座椅行李箱冲击进行CAE仿真，对后排座椅背部支撑梁在仿真中出现的问题进行分析，并对背部支撑梁结构进行了优化改进，使改进后的方案可以满足法规要求

1、汽车座椅安全系统法规简介

20世纪80年代中后期，我国开始研究汽车座椅被动安全，并相继颁布了GB 15083－2006、GB 11550－2009，2013年增加了GB 14167－2013 《汽车安全带固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》。其中于2007年2月开始执行的GB 15083－2006新标准中，增加了对移动行李乘员防护的特殊规定。

2、移动行李箱及乘员防护相关规定

GB 15083－2006法规中附录F明确规定: 需将2个体积为300 mm×300 mm×300 mm、质量为18 kg的试验样块并排放置在后行李舱地板上，如图1 所示，试验样块前边缘距离座椅背的最近距离为200 mm，2 个试验样块内侧边缘距离车辆纵向中心面均为25 mm，以使2 个试验样块之间有50 mm的距离，如图1所示。

   图1：行李箱样块
 

二、仿真分析

1、本案例分析基本流程

   图2：行李箱冲击分析流程树状图
 

本文以某合资SUV车型后排座椅为例，来阐述行李箱冲击的仿真分析和结果判定，座椅3D模型如图3所示，将3D模型导入到Hypermesh2019中，进行网格处理，表1为通用的网格质量标准，网格划分质量的好坏直接影响着计算结果的准确性，所以我们尽量多花一些功夫在网格质量的排查上，网格划分完毕之后还需要对如下几项进行最终的检查，

• 重复单元检查：模型中不允许出现重复单元；
• 自由边检查：部件中除边界为不能出现自由边；
• 保持节点连续性；体单元用HyperMesh中Face/Edges命令检查节点连续性；
• 面单元法向检查；部件的单元法向要保持一致；
• 去除自由节点；

网格尺寸为2~3mm左右，处理完毕的网格如下图4所示。

   表1：网格质量标准
 

   图3：行李箱3D模型和各部分名称
 

   图4：网格模型
 

约束座椅和车身连接件连接点处的6个方向的自由度，过R点铅垂方向向上450mm的位置做C点，过R、C两点做与座椅纵向中心面垂直的RC平面，将RC平面R点沿X轴正向移动150mm和100mm，新生成的两个平面定义为RA面和RB面，将这三个平面与放置行李箱的地板面放在同一component里，赋予刚性材料,座椅靠背板材质为DC01，其他所有零件均为SAPH440，在Primer中打开模型，赋予材料如下图5为材料面板各个参数说明。

   图5：材料面板
 

图5：材料面板将座椅模型固定在试验台（刚性面）上，座椅固定方式不应对座椅靠背和隔离系统有所加强，对整椅和刚性面进行减速，减速波形如图6所示，标红曲线为减速度曲线，按GB 15083-2006要求,行李箱冲击减速度曲线应布置在图5所示灰色区域范围内方可，减速前，乘员车体的自有速度应为500+2 km/h。

加载完毕后，允许隔离装置变形，但不允许有容易增加对乘员伤害程度的危险性边棱出现。对于头枕部分，实验过程中不允许超过R点前方150mm（RA面）处。对于座椅靠背和隔离装置部分，实验过程中不允许有超过座椅R点前方100mm（RB面）处。

   图6：加载曲线
 

三、分析结果

   图7：碰撞动画
 

   图8：应力云图动画
 

   图9：侧面碰撞动画
 

   图10：内能曲线
 

图7为碰撞动画，图8为后排座椅受力过程中的应力云图动画，从碰撞结果可以看出，整体受力范围在300Mpa左右，而且从图9的侧面碰撞动画可以看出，在整个碰撞过程中，后排座椅没有任何部分超过R点所在的平面，所以判定其通过法规。图10为各零件的内能变化曲线，表征在碰撞过程中的吸能贡献，从曲线中个可以看出，吸能较为明显的前三个件分别为靠背背板、座椅横管和座椅安装支架。

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