利用静力学模块对某轿车座椅进行有限元分析

摘要：汽车座椅的舒适与否,是驾驶汽车的舒适性最直接的体现，文章使用数学模型中的算法来模拟汽车座椅的物理模型，并对汽车后排座椅的头枕、靠背和坐垫部分进行静力学分析，通过对头枕、靠背和坐垫的位移、应力和应变分析，座椅各部分的结构强度与相关安全要求相切合是轿车座椅的安全性保障。

关键词： Hypermesh 有限元 汽车座椅 静力学分析

汽车座椅作为汽车的基本装置，是联系人体与车身的主要部件，对人体减振、主动安全的作用是不言而喻的。汽车座椅是为了保证驾驶员有一个良好的视野环境以及对汽车操控系统的控制；同时汽车座椅也起到支撑的作用，通过合理的体压分布来支撑人体；也为驾驶人员提供舒适的驾车环境，通过舒适的软垫、靠背、坐垫支撑人体，减轻人体在行车途中由于路面的不平稳以及其他状况产生的颠簸；最重要的是对驾车人员提供安全的保护措施，减轻驾车人员在汽车行驶途中所发生的意外状况产生的危害。

1、有限元分析理论过程

2、汽车后座的静态分析

图1头枕部分的约束及受力；图2头枕静态特性仿真分析位移云图；图3头枕应力云图

由前述对头枕部分进行 格划分，其 格数量及节点数分别为：节点数10362，单元数量4267，且在头枕下部进行固定约束，头枕中间位置在集中力载荷890N的作用下，如图1所示。如图2所示，头枕位移主要出现在弯管和横板处，最大位移在横板出的中心位置，为7.06mm。头枕结构的应力分布相对于中心对称，应力在横板和头枕钢管中部受力比较大，应力超出了材料允许的曲服应力，发生严重的应力集中，如图3所示。此外，在弯管和衬套之间应力云图如图4所示，在衬套和钢管接触的部分应力比较大，其衬套的应力云图最大应力为261Mpa。

由图5靠背位移云图可知，座椅靠背处的位移主要集中在和头枕接触的位置，最大位移量为13.28mm。靠背的骨架是一个对称结构，其在承受载荷后应力应变分布实行大体一样，最大的应力应变主要集中在靠背钢管的下部区域即调角器与靠背连接部位。由图6和7靠背静态结构应力、应变云图可知，应力最大值和应变最大位移分别为245Mpa和0.001mm。

图4衬套应力云图；图5靠背静态特性仿真分析位移云图；图6靠背静态特性仿真分析应力云图

由前述对坐垫部分进行 格划分，坐垫 格的节点数为108711，单元数量为52321。坐垫的边界条件为固定约束。如图8坐垫位移云图所示，坐垫的变形量分布是对称的，最大位移在薄板中心位置，其值为0.58mm。从图9和10坐垫部分的应力应变云图可以看出，由于坐垫骨架结构的对称性以及施加的外部载荷呈现对称分布，其应力应变的变化规律也是对称的。坐垫四个横梁处的应力和应变值较大，最大应力为200Mpa。

图7靠背静态特性仿真分析应变云图；图8坐垫静态特性仿真分析位移云图；图9坐垫静态特性仿真分析应力云图；图10坐垫静态特性仿真分析应变云图

3、结论