基于HyperWorks的三點(diǎn)式安全帶固定點(diǎn)座椅強(qiáng)度分析

薛姣，宰守香

（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451191 ）

基于HyperWorks的三點(diǎn)式安全帶固定點(diǎn)座椅強(qiáng)度分析

薛姣，宰守香

（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451191 ）

汽車被動安全的重要指標(biāo)之一就是安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度，而三點(diǎn)式安全帶對于汽車座椅提出了更高的挑戰(zhàn)。文章利用HyperWorks優(yōu)秀的前處理技術(shù)，建立汽車座椅、三點(diǎn)式安全帶總成及人體模塊的有限元仿真模型，利用LS-DYNA求解器進(jìn)行安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析。從而判斷汽車座椅的安全帶固定點(diǎn)的變形情況和座椅部件的應(yīng)力應(yīng)變，判斷座椅是否有風(fēng)險。

汽車；安全帶安裝固定點(diǎn)；強(qiáng)度；HyperWorks

CLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-219-03

1、概述

GB 14167-2013《汽車安全帶安裝固定點(diǎn)》車輛公告試驗(yàn)的強(qiáng)制檢查項(xiàng)目之一，也是汽車被動安全的重要指標(biāo)。該標(biāo)準(zhǔn)要求，在承受安裝固定點(diǎn)試驗(yàn)荷載的情況下，安全帶固定點(diǎn)的強(qiáng)度必須保證安全帶不得從安全帶固定點(diǎn)處脫落，但允許安裝固定點(diǎn)及其周圍區(qū)域產(chǎn)生永久變形或裂紋且規(guī)定上部有效固定點(diǎn)的前向位移不得超過H點(diǎn)向前100mm。

本文依據(jù)GB 14167-2013《汽車安全帶安裝固定點(diǎn)》，利用前處理HyperMesh建立汽車座椅的安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析的有限元模型，LS-DYNA做為求解器，并通過后處理軟件HyperView處理分析結(jié)果。

2、安全帶安裝固定點(diǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)規(guī)范

2.1 試驗(yàn)條件

1）同一組座椅的全部安全帶固定點(diǎn)應(yīng)同時進(jìn)行閃。若有可能因座椅或固定點(diǎn)的非對稱性加載導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，則可進(jìn)行一次追加試驗(yàn)。

2）沿平行于車輛縱向中心平面并與水平線成向上10° ±5°的方向施加荷載。先施加總荷載的10%（誤差±30%）的預(yù)加載，然后增加荷載至總荷載。

3）在60s內(nèi)加載至規(guī)定值，應(yīng)制造商要求也可在4s內(nèi)加載至規(guī)定值，并至少保持0.2s.

4）將試驗(yàn)的人體下模塊裝置放在座墊上面，盡量向后推至靠背，安全帶向后拉緊。將人體上模塊裝置放置到位，安全帶置于裝置上拉緊。此時不必進(jìn)行預(yù)加載。每個乘坐位置選用的254mm或406mm的人體模塊，其寬度應(yīng)盡量接近兩下固定點(diǎn)間的距離。人體模塊的放在應(yīng)避免試驗(yàn)時對加載力和力分布的影響。

2.2 試驗(yàn)方法

1）在安全帶上固定點(diǎn)應(yīng)裝有適于用繩索或織帶傳遞人體模塊試驗(yàn)荷載的特殊導(dǎo)向件或?qū)颦h(huán)或由制造商提供導(dǎo)向件或織帶導(dǎo)向環(huán)。

2）利用模擬肩帶對上人體模塊施加13500N±200N的試驗(yàn)荷載。對M2和N2類的車輛，試驗(yàn)荷載應(yīng)為6750N±200N；對于M3和N3車輛4500N±200N。

3)與此同時，應(yīng)對下人體模塊施加13500N±200N的試驗(yàn)荷載。對M2和N2類的車輛，試驗(yàn)荷載應(yīng)為6750N±200N；對于M3和N3車輛4500N±200N。

3、有限元模型的建立

3.1 座椅有限元數(shù)模建立

對于座椅的安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析，需要完整建立座椅模型。在車身上的固定點(diǎn)，可以簡化為一個剛體區(qū)域。

圖1 完整座椅模型和剛性地板

3.2 導(dǎo)入人體模塊及Evaluation_Plane

圖3 人體下模塊

圖2 人體上模塊

圖4 Evaluation_Plane

3.3 建立安全帶模型

正確擺好人體上下模塊后，把安全帶繞在人體模塊上?？紤]人體模塊和安全帶的接觸，所以在人體模塊位置的安全帶設(shè)置為2D單元，其他地方不涉及接觸，可以用1D單元來模擬。

圖5 安全帶模型

圖6 安全帶總成模型

圖7 座椅的三點(diǎn)式安全帶總成模型

4、約束和荷載

4.1 約束

因?yàn)樽蔚娜c(diǎn)式安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析是固定主在車身地板，所以只需要約束車身地板。

圖8 約束車身地板SPC 1.2.3.4.5.6

4.2 荷載

圖9 施加荷載

按照GB14167-2013《汽車安全帶安裝固定點(diǎn)》規(guī)定，外部載荷通過牽引繩索施加在上下模塊上，牽引力應(yīng)當(dāng)與水平方成10°的夾角，在人體上模塊和下模塊分別施加13500N載荷，同時在人體下模塊施加相當(dāng)于20倍座椅重量的力。

5、分析結(jié)果

圖10 座椅整體的應(yīng)力應(yīng)變

圖11 上有效固定點(diǎn)的運(yùn)動曲線

建立計(jì)算模型后，提交 LS-DYNA 計(jì)算，并利用Hyper View 軟件對結(jié)果進(jìn)行后處理。

輸出安全帶安裝固定點(diǎn)部件應(yīng)力及應(yīng)變以及上有效固定點(diǎn)是否運(yùn)動曲線（間圖10-11）。

6、結(jié)論

1）ISS point distance is 122.707 mm after H-Plane.

2）ISS point distance is 31.209 mm below C-Plane

3）座椅沒有部件損壞

由此可知，HyperWorks 在安全帶安裝固定點(diǎn)強(qiáng)度分析中發(fā)揮了極大的作用。本文在其軟件支持下，應(yīng)用有限元法和計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)，對座椅的三點(diǎn)式安全帶安裝固定點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度仿真分析，為安全帶安裝固定點(diǎn)強(qiáng)度的研究提供了更有效更經(jīng)濟(jì)可行的方法

[1] GB 14167-2013.

[2] 黎志偉《HyperWorks 在安全帶安裝固定點(diǎn)強(qiáng)度分析中的應(yīng)用》.

Based on HyperWorks, the seat strength analysis of three-point seat belts

Xue Jiao, Zai Shouxiang
( Henan electromechanical vocational college, Henan Zhengzhou 451191 )

One of the important indicators of car passive safety is the strength of the seat belt, and the three-point seat belt poses a higher challenge for car seats. Before using HyperWorks excellent processing technology, the establishment of car seats, three-point seatbelt assembly and body module of finite element simulation model, using ls-dyna solver for seat belt protection strength analysis. To determine the condition of the seat belt and the stress strain of the seat parts to determine whether the seat is at risk.

car; seat belt fixed point; strength; HyperWorks

U463.4

A

1671-7988 (2017)10-219-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.075

薛姣，就職于河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院。