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座椅骨架静强度的有限元分析

发布于:2021-08-07 19:04
有限元分析

       座椅最主要的作用是支撑驾驶员或乘客的身体,对乘坐舒适性的影响尤为重要,同时还直接关系到汽车的安全性。为驾乘人员提供更舒适、安全的座椅已成为国内外汽车座椅研究的主要方向,也开始受到用户和生产制造厂商的高度重视。国家标准《客车座椅及其车辆固定件的强度》GB13057-2003,关于强度要求的强制实施,使许多厂家开始重视座椅系统安全性。座椅的安全性有限元分析主要包括静强度特性和动强度特性,座椅静强度特性主要指座椅在静载荷作用下座椅骨架的强度特性等;座椅动强度特性是指座椅在冲击载荷的作用下座椅系统吸取碰撞能量、减少乘员伤害的能力。按照传统经验改进座椅结构已经不能完全满足需要,而用有限元仿真分析的方法则能够很好地辅助现代座椅设计,已成为座椅设计中非常重要的现代方法。
       在CAD技术中,几何模型在计算机中的表示形式有实体模型、曲面模型和线框模型三种。具体采用哪种与结构类型有关,如板、壳结构采用曲面模型,空间结构采用实体模型,而杆件系统则采用线框模型等。几何模型是对分析对象形状和尺寸的描述,它是根据对象的实际形状抽象出来的,但又不是完全照搬。即在建立几何模型时,应根据研究对象的具体特征对形状和大小等进行必要的简化和处理,以适应有限元分析的特点。几何模型是网格划分的基础,它对分网过程和网格形式都有直接影响。合理的形状简化、变换和处理既能保持一定的分析精度,又能使分网和计算过程大为简化。相信,随着人们对焊接温度场数值模拟技术的进一步认识和计算机技术的发展,数值模拟技术将在焊接温度场、应力应变场方面的应用取更大的发展。
       有限元分析是一个近似求解的计算过程,它的可靠性和可行性不仅与模型的精度有关,还与计算的时间和效率有密切联系。而计算时间和效率与模型的大小和复杂程度又是紧密相关的,所以在建立有限元模型时,有必要根据任务的具体情况对模型进行必要的。
       一般来说,对座椅模型的简化应遵循以下二个原则:
       1)按零件对分析目标的贡献确定简化原则有限元法可以应用在座椅设计中的很多方面,如座椅结构静强度仿真分析、焊接强度分析、疲劳分析等,分析的对象从座椅总成、座椅骨架到调角器总成、升降器总成、滑轨总成等,涉及座椅结构的各个部件。当对座椅某一分总成如调角器总成进行强度分析时,只针对所分析的目标进行详细建模,对其他结构适当简化,不仅能够节约时间,还能够提高分析的准确性。
       2)计算时间。一般认为有限元模型越精细,计算的结果越准确。但模型越精细,网格尺寸越小、数量越多所需要的计算时间就越长。
       3)实际问题的要求在实际问题研究中,厂家会根据经验和生产实践中的实际问题提出一些针对性的建议和意见。如分析座椅骨架静强度时,厂家会根据平时生产实践中容易出现薄弱的环节,提供一些有价值的参考意见所以在考虑以上两方面的同时,也要根据实际问题的需要对模型进行改进。
       模型简化是有限元分析中十分重要的环节:模型的简化可以在几何建模和划分网格两个环节中进行二模型简化的方法有:
       1)降维处理三维问题满足一定条件时可以简化为二维问题。
       2)细节简化。简化一些相对尺寸很小的细节,如倒圆、倒角等。
       3)形式变换如图l所示的带筋板的等效变换可以大大降低建模的难度。
       4)局部结构。工程中有些结构只是在某一局部受力较大,其他部位不受力或受力很小,这时可以从整个结构中取出受力最严重、应力和变形最大的局部区域来建立几何模型。
       5)对称性利用结构形状和边界条件具有某种对称性时,应力和变形种对称性时,应力和变形也将呈现相应的对称分布,此时只要取出结构的一半进行计算即可。对于座椅结构静强度分析,主要依据国家标准中有关座椅强度特性的规定,对座椅的静强度特性进行仿真分析。


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