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案例 | 基于HyperWorks的三点式安全带固定点座椅强度分析

2019-09-14 20:08:47·  来源：吴老师 仿真秀科普作者  
　
汽车被动安全的重要指标之一就是安全带固定点强度，而三点式安全带对于汽车座椅提出了更高的挑战。本文利用HyperWorks优秀的前处理技术，建立汽车座椅、三点式安
汽车被动安全的重要指标之一就是安全带固定点强度，而三点式安全带对于汽车座椅提出了更高的挑战。本文利用HyperWorks优秀的前处理技术，建立汽车座椅、三点式安全带总成及人体模块的有限元仿真模型，利用LS-DYNA求解器进行安全带固定点强度分析。从而判断汽车座椅的安全带固定点的变形情况和座椅部件的应力应变，判断座椅是否有风险。
 
关键字：汽车，安全带安装固定点，强度，HyperWorks
 
一、概述 
GB 14167-2013《汽车安全带安装固定点》车辆公告试验的强制检查项目之一，也是汽车被动安全的重要指标。该标准要求，在承受安装固定点试验荷载的情况下，安全带固定点的强度必须保证安全带不得从安全带固定点处脱落，但允许安装固定点及其周围区域产生永久变形或裂纹且规定上部有效固定点的前向位移不得超过H点向前100mm。
 
本文依据GB 14167-2013《汽车安全带安装固定点》，利用前处理HyperMesh建立汽车座椅的安全带固定点强度分析的有限元模型，LS-DYNA做为求解器，并通过后处理软件HyperView处理分析结果。、安全带安装固定点强度试验规范  
 
1、试验条件 
① 同一组座椅的全部安全带固定点应同时进行。若有可能因座椅或固定点的非对称性加载导致试验失败，则可进行一次追加试验。
② 沿平行于车辆纵向中心平面并与水平线成向上10°±5°的方向施加荷载。先施加总荷载的10%（误差±30%）的预加载，然后增加荷载至总荷载。
③ 在60s内加载至规定值，应制造商要求也可在4s内加载至规定值，并至少保持0.2s.
④ 将试验的人体下模块装置放在座垫上面，尽量向后推至靠背，安全带向后拉紧。将人体上模块装置放置到位，安全带置于装置上拉紧。此时不必进行预加载。每个乘坐位置选用的254mm或406mm的人体模块，其宽度应尽量接近两下固定点间的距离。人体模块的放在应避免试验时对加载力和力分布的影响。
 
2、试验方法 
① 在安全带上固定点应装有适于用绳索或织带传递人体模块试验荷载的特殊导向件或导向环或由制造商提供导向件或织带导向环。
② 利用模拟肩带对上人体模块施加13500N­±200N的试验荷载。对M2和N2类的车辆，试验荷载应为6750N±200N；对于M3和N3车辆4500N±200N。
③ 与此同时，应对下人体模块施加13500N±200N的试验荷载。对M2和N2类的车辆，试验荷载应为6750N±200N；对于M3和N3车辆4500N±200N。
三、有限元模型的建立  
① 座椅有限元数模建立
对于座椅的安全带固定点强度分析，需要完整建立座椅模型。在车身上的固定点，可以简化为一个刚体区域
图一 完整座椅模型和地板  
② 导入人体模块及evaluation_Plane
图二 人体上模块
图三 人体下模块 
图四 evaluation_Plane 
③ 建立安全带模型
正确摆好人体上下模块后，把安全带绕在人体模块上。考虑人体模块和安全带的接触，所以在人体模块位置的安全带设置为2D单元，其他地方不涉及接触，可以用1D单元来模拟
图五 安全带模型
图六 安全带总成模型
图七 座椅的三点式安全带总成模型

四、约束和荷载  
① 约束
因为座椅的三点式安全带固定点强度分析是固定主在车身地板，所以只需要约束车身地板。
图八 约束车身地板SPC 1.2.3.4.5.6 
② 荷载
按照GB14167-2013《汽车安全带安装固定点》规定，外部载荷通过牵引绳索施加在上下模块上，牵引力应当与水平方成10°的夹角，在人体上模块和下模块分别施加13500N 载荷，同时在人体下模块施加相当于20倍座椅重量的力。
图九 施加荷载
五、分析结果  
建立计算模型后，提交 LS-DYNA 计算，并利用HyperView 软件对结果进行后处理。
输出安全带安装固定点部件应力及应变以及上有效固定点运动曲线（间图10-11）。
 
图十 座椅整体的应力应变
图十一 上有效固定点的运动曲线六、 结论  
① ISS point distance is 122.707 mm after H-Plane.
② ISS point distance is 31.209 mm below C-Plane
③ 座椅没有部件损坏
由此可知，HyperWorks 在安全带安装固定点强度分析中发挥了极大的作用。本文在其软件支持下，应用有限元法和计算机仿真模拟技术，对座椅的三点式安全带安装固定点进行强度仿真分析，为安全带安装固定点强度的研究提供了更有效更经济可行的方法

七、参考文献 
[1]GB 14167-2013
[2] 黎志伟《HyperWorks 在安全带安装固定点强度分析中的应用》 
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