科学和工程计算基础复习题 一、 填空题: 1. : 2. 计算机计费的主要依据有两项:一是使用要由 算数运算的次数决定;二是占据存储器的空间,3. 用计算机进行数值计算时,4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.11.敛的充分必要条件是选代矩阵B 的 谱半径1)(
13. 若函数组 (){}[]b a C x n k k ,0 ?=?满足? ?? =≠≠=l k l k l k ,0,0),(?? k,l =0,1,2,…,n ,则称 (){}n k k x 0=?为正交函数序列. 14. 复化梯形求积公式 ? ∑?? ? ???+++=≈-=b a n k n b f kh a f a f h f T dx x f 1 1)()(2)(2)()(, 其余项为),(),(12 )(2 b a f h a b R n T ∈''--=ηη 二、 选择题 1. 下述哪个条件不是能使高斯消去法顺利实现求解线性代数方程组() ,ij n n Ax b A a ?==的 充分条件? ( D ) A. 矩阵A 的各阶顺序主子式均不为零; B. A 对称正定; C. A 严格对角占优; D. A 的行列式不为零. 2. 高斯消去法的计算量是以下述哪个数量级的渐近速度增长的? ( B ) A. 313n ; B. 323n ; C. 314n ; D. 334 n .
有限元法的基本思想及计算步骤 有限元法是把要分析的连续体假想地分割成有限个单元所组成的组合体，简称离散化。这些单元仅在顶角处相互联接，称这些联接点为结点。离散化的组合体与真实弹性体的区别在于：组合体中单元与单元之间的联接除了结点之外再无任何关联。但是这种联接要满足变形协调条件，即不能出现裂缝，也不允许发生重叠。显然，单元之间只能通过结点来传递内力。通过结点来传递的内力称为结点力，作用在结点上的荷载称为结点荷载。当连续体受到外力作用发生变形时，组成它的各个单元也将发生变形，因而各个结点要产生不同程度的位移，这种位移称为结点位移。在有限元中，常以结点位移作为基本未知量。并对每个单元根据分块近似的思想，假设一个简单的函数近似地表示单元内位移的分布规律，再利用力学理论中的变分原理或其他方法，建立结点力与位移之间的力学特性关系，得到一组以结点位移为未知量的代数方程，从而求解结点的位移分量。然后利用插值函数确定单元集合体上的场函数。显然，如果单元满足问题的收敛性要求，那么随着缩小单元的尺寸，增加求解区域内单元的数目，解的近似程度将不断改进，近似解最终将收敛于精确解。 用有限元法求解问题的计算步骤比较繁多，其中最主要的计算步骤为： 1）连续体离散化。首先，应根据连续体的形状选择最能完满地描述连续体形状的单元。常见的单元有：杆单元，梁单元，三角形单元，矩形单元，四边形单元，曲边四边形单元，四面体单元，六面体单元以及曲面六面体单元等等。其次，进行单元划分，单元划分完毕后，要将全部单元和结点按一定顺序编号，每个单元所受的荷载均按静力等效原理移植到结点上，并在位移受约束的结点上根据实际情况设置约束条件。 2）单元分析。所谓单元分析，就是建立各个单元的结点位移和结点力之间的关系式。现以三角形单元为例说明单元分析的过程。如图1所示，三角形有三个结点i，j，m。在平面问题中每个结点有两个位移分量u，v和两个结点力分量F x，F y。三个结点共六个结点位移分量可用列
汽车座椅的四连杆机构有限元分析 发表时间：2005-4-27 郑伟巍王瑞 关键字：碰撞ABAQUS Beam模型有限元计算分析 信息化应用调查在线投稿加入收藏发表评论好文推荐打印文本 本文前后处理利用了HyperMesh软件，计算分析应用Abaqus软件，给出了一种汽车座椅系统Beam模型。 摘要：本文前后处理利用了HyperMesh软件，计算分析应用Abaqus软件。给出了一种汽车座椅系统Beam模型。主要探讨Abaqus软件Beam单元简化模型，用于改进座椅的四连杆机构设计的分析方法。按照汽车座椅的碰撞分析的载荷工况，用Abaqus软件对座椅系统进行了碰撞试验工况的有限元计算分析，得到了四连杆机构的截面应力以及弯矩，大大节省了分析运算的时间。同时，可以评定杆件是否失效与失稳，应用于结构设计，加快了设计进度，并优化设计。 关键词：碰撞ABAQUS Beam模型有限元计算分析 一、前言 汽车座椅碰撞试验的研究意义主要在于：当高速碰撞发生时，椅子结构不被破坏，乘员不会受到伤害。一般每个国家都有其各自的国家标准，椅子作为汽车中与乘客关系最为密切的部件，更因为其安全性的重要，而受到广泛关注。目前，欧美各国，有限元分析已成为汽车座椅设计阶段的重要辅助设计手段，对于真实试验的仿真模拟，提供结构改进意见。 本文所阐述的碰撞试验，是利用两个试验块分别模拟人的胸部和腰部，将其用安全带固定在椅子上，施加外力，模拟汽车发生前碰撞的时候，人和椅子自身对于椅子的作用力。 由于试验模拟的是瞬间碰撞过程，所以运用LS-DYNA来计算，能达到比较理想的结果。通常情况下，完成一把椅子的分析，需要由建模、分析计算到后处理，三个主要部分，大约需要三到四周的时间。构建一把椅子的有限元模型，大约要有十万个节点和二十万个单元，这样一个普通双cpu服务器大约要算三十个小时。这是一般客户能接受的时间。有时客户还会需要缩短时间，得到一个较粗糙，但是可接受的结果。本文论述的这个分析，正是在客户的要求下，为了缩短分析周期，改用Abaqus软件计算，同时用Beam单元（一维单元）建模。通过简化模型，不考虑接触的影响，对某座椅系统进行了有限元计算分析。这样大大减少了建模时间，计算时间也减小到一个小时左右。 客户最关心的重点是椅子下边用来传力的四连杆机构，通过分析计算得到杆件的截面应力以及弯矩，判断失效情况，来指导结构设计。
汽车座椅结构设计
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0 引言 汽车座椅属于汽车的基本装置是汽车的重要安全部件。在汽车中它将人体和车身联系在一起直接关系到乘员的驾乘舒适性和安全性。一百多年来,随着汽车的发展和人们要求的不断提高汽车座椅已不再是单纯满足乘坐和美观需要的车身部件而是关系到汽车的驾乘舒适性和安全性集人机工程学、机械振动、控制工程等为一体的系统工程产品。随着我国汽车工业的迅猛发展人们对汽车的乘坐舒适性及安全性等方面的要求越来越高。其中作为影响汽车舒适性和安全性的重要内饰部件——汽车座椅的设计、研发已越来越引起汽车业界的重视。 本毕业设计分析了人与座椅的人机关系，并且结合我国国民对汽车座椅的使用要求，以人机工程学、汽车设计等学科的理论为依据,以国家和国际标准为准则,对驾驶座椅进行了设计。,从人的安全、健康的角度，现代人越来越多地的时间在汽车中度过,座椅的安全与舒适直接影响到人们的健康与安全。尤其是对人们脊椎的伤害。从社会的角度,汽车走进千家万户，人们对汽车的情感也有所转变,从以前的遥远、到现在的占有，将来必将转变为挑剔。因此汽车座椅的发展也要跟上时代的步伐,所以本设计进行汽车八方向座椅结构设计。
１轿车电动座椅的介绍 轿车的座椅是衡量轿车档次的重要依据,因此轿车设计师十分重视电动座椅的设计，从材料到形状，尽量做得完美无缺。在造型方面,充分考虑人体尺寸、人体重量、乘坐姿势和体压分布等因素,应用人体工程学的研究成果和先进技术，制造出乘坐舒适、久坐不乏的座椅。 １.１桥车的国内外研究现状及发展水平的相关介绍 目前国内汽车座椅基本上是一种固定的姿势,人长时间保持一种相对稳定的坐姿很容易疲劳,从提高驾乘人员舒适度的角度，给出一种新型电动座椅的设计思路。对于可以调节的汽车电动座椅的研究,国内发现尚少。尤其在目前,国内市场上所见电动座椅大多出现在进口汽车上,汽车电动座椅有两向移动、四向移动、六向移动等多种类型。两向电动座椅只能作前后水平移动：四向电动座椅除前后水平移动外，还可以升降：六向电动座椅除了够控制上述移动外,座椅的座位前部和靠背还可以分别升降。大多数电动座椅使用永磁型电动机,通过装在左座侧板上或左门扶手上的肘节式控制开关控制电流路线和方向。可使某一电动机按不同方向转动。大多数永磁型电动机内装有断路器，以防电动机过载。许多福特汽车电动座椅的电动机在磁铁外壳内装有3个独立的电枢。有的电动座椅使用串激电动机（如通用公司生产的某些汽车）,用2个磁场线圈使电动机能作双向转动。这种电动机一般使用继电器以控制电流方向,因此当开关换向时,可以听到继电器吸合的咔嗒声。电动座椅使用的电动机的数量多的可达8个。本方案是一种机械设计制造学、人体工程学与电子技术相结合的八个方向（座椅水平平行前后移动、座椅前端上下升降、座椅后端上下升降、座椅靠背的角度旋转)调节。汽车电动座椅一般由双向电动机、传动装置和座椅调节器等组威。传动装置包括变速器、联轴装置和电磁阀。座椅调节器的主要部件是螺旋千斤顶和齿轮传动机构。传动装置和座椅调节器之间用软轴连接。通过座椅调节器实现对座椅的调节。方案的思路就是电动座椅是利用电动机的动力来调整座椅位置、靠背的倾斜度等，自动适应不同体型的驾驶员与乘员的乘坐舒适性要求。 现代轿车的驾驶者座椅和前部成员座椅多是电动可调的，又称电动座椅。座椅是与人接触最密切的部件，人们对轿车平顺性的评价多是通过座椅的感受作出的。因此电动座椅是直接影响轿车质量的关键部件之一。轿车电动座椅以驾驶者的座椅
有限元分析概念 有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件 有限元模型：它是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。 有限元分析：是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。并利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 线弹性有限元是以理想弹性体为研究对象的，所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。在这类问题中，材料的应力与应变呈线性关系，满足广义胡克定律；应力与应变也是线性关系，线弹性问题可归结为求解线性方程问题，所以只需要较少的计算时间。如果采用高效的代数方程组求解方法，也有助于降低有限元分析的时间。 线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线弹性动力学分析两方面。 非线性问题与线弹性问题的区别： 1）非线性问题的方程是非线性的，一般需要迭代求解； 2）非线性问题不能采用叠加原理； 3）非线性问题不总有一致解，有时甚至没有解。 有限元求解非线性问题可分为以下三类：
1）材料非线性问题 材料的应力和应变是非线性的，但应力与应变却很微小，此时应变与位移呈线性关系，这类问题属于材料的非线性问题。由于从理论上还不能提供能普遍接受的本构关系，所以，一般材料的应力与应变之间的非线性关系要基于试验数据，有时非线性材料特性可用数学模型进行模拟，尽管这些模型总有他们的局限性。在工程实际中较为重要的材料非线性问题有：非线性弹性（包括分段线弹性）、弹塑性、粘塑性及蠕变等。 2）几何非线性问题 几何非线性问题是由于位移之间存在非线性关系引起的。 当物体的位移较大时，应变与位移的关系是非线性关系。研究这类问题一般都是假定材料的应力和应变呈线性关系。它包括大位移大应变及大位移小应变问题。如结构的弹性屈曲问题属于大位移小应变问题，橡胶部件形成过程为大应变问题。 3）非线性边界问题 在加工、密封、撞击等问题中，接触和摩擦的作用不可忽视，接触边界属于高度非线性边界。 平时遇到的一些接触问题，如齿轮传动、冲压成型、轧制成型、橡胶减振器、紧配合装配等，当一个结构与另一个结构或外部边界相接触时通常要考虑非线性边界条件。 实际的非线性可能同时出现上述两种或三种非线性问题。
汽车座椅设计现状及发展方向 前言：现代汽车座椅与汽车安全性、 舒适性紧密相关。设计具有先进水准的座椅 是当今汽车发展中的一个重要课题。 摘要：本文将对现代汽车座椅的设计方式，设计特点，以及未来的设计方向做简 要的论述。主要从座椅材料，调整，设计等方面做基本的分析和说明。 首先对当前汽车座椅的组成及功用等做简要分析说明: 一、 座椅表面材料。主要指织物和真皮等多种材料。选择标准以舒适，手感，透气 性为主。一般座椅的表面材料与整车的内饰相协调。 二、 座椅调节形式。对于汽车座椅必须满足调整便利性和舒适性两大要求，也就是 说驾驶员通过调节操纵， 可以将座椅调整到最佳位置上以获得最好视野。 易于操纵方向盘、 踏板、变速杆等。 调节形式有手动和电动两种。手动调节方式需要成员通过手柄放松座椅的锁止机构， 然后通过改变身体的座姿和位置来带动座椅移动。 电动座椅调节机构由控制器， 可逆性直 流电动机和传动部件组成。直流电动机受控制器控制并分别驱动某个调整方向的传动部件 （如蜗杆轴，蜗轮等）。蜗轮与齿条啮合，蜗轮轮转动将齿条移动使座椅前移或后移。电 动调节的座椅在调节时，座椅是施力方，乘客只需要扳动控制键就可以了。电动座椅的使 用，让驾驶员能轻松的找到最适合自己的驾驶姿势， 提供良好的视野，提高了行车安全性， 并能工巧匠效减轻驾驶疲劳。 三、 前后排座椅调节方向。座椅方向的调节是由座椅调角器、座椅导轨和座椅升降机 构来完成的，在每种调节机构上，座椅都能完成两个或两个以上方向的调节。 座椅调角器用于连接汽车座椅椅座和椅背，对乘员提供安全保护和增强座椅舒适性。 并在椅背内添加了机械装置用于减少追尾事故对颈椎造成的伤害。如下图所示： 学院：工程技术学院 专业：车辆工程 姓名：王 强 学号： 20040707104
汽车座椅相关设计规范 一、范围 本标准按国家标准、行业标准及生产经验规定的汽车座椅设计规范； 本标准适用于骐铃牌各系车型座椅的设计。 二、目的 规范座椅设计要求。 三、定义 3.1 座椅 seat 供一个成年乘员乘坐且有完整装饰并与车辆结构为一体或分体的乘坐设施。它包括单独的座椅或长条座椅的一个座位。 3.2 固定装置 anchorage 将座椅总成固定到车辆结构上的装置。包括车身上受影响的部件。 3.3 调节装置 adjustment system 能将座椅或其部件的位置调整到适应乘员乘坐姿态的装置。该装置应有如下功能：
纵向位移 longitudinal displacement 垂直位移 vertical displacement 角位移 angular displacement 3.4 锁止装置 locking system 使座椅及部件保持在使用位置的装置。 3.5 头枕 head restraint 用于限制成年乘员头部相对于其躯干后移，以减轻在发生碰撞事故时颈椎可能受到的损伤程度的装置。 3.6 “R”点“R”point GB11551——2003中附录C定义的乘坐基准点。 3.7 基准线 reference line GB11551——2003中附录C附件1图C.1中所示的通过三维人体模型的线。 三、技术要求 应包括产品的具体性能指标、技术要求、质量目标，专项试验、整机/整车试验以及国内外公司的匹配要求等内容。 3.1舒适性 1）座椅泡沫造型应符合人机工程学的要求，并给出A面的分析报告。 2）人体乘坐时，最大布置人体与骨架（硬物）间距≥30mm。 3）选用高回弹的优质冷发泡沫，性能指标见附表3.4要求。 4）选用优质复合面料，面料与泡沫采用火焰复合方式，提高面料的舒适度和环保性。 5) 前排座椅的舒适性设计参考应当满足人机工程相关法规和行业标准(根据设计可作相应调整)； 6）座椅各零部件的外露部分不得有易于伤人的尖角锐边，各部结构不得存在可能造成的挤压、剪钳伤人部分。 7）工作座椅的结构材料和装饰材料应耐用、阻燃、无毒。坐垫、腰靠、扶手的覆盖层应使用柔软、防滑、透气性好、吸汗的不导电材
2.1.1 有限元法基本原理（Basic Theory of FEM） 有限元法的基本思想是离散的概念，它是指假设把弹性连续体分割成数目有限的单元，并认为相邻单元之间仅在节点处相连。根据物体的几何形状特征、载荷特征、边界约束特征等，选择合适的单元类型。这样组成有限的单元集合体并引进等效节点力及节点约束条件，由于节点数目有限，就成为具有有限自由度的有限元计算模型，它替代了原来具有无限多自由度的连续体[24][25]。 有限元法从选择基本未知量的角度来看，可分为三类：位移法、力法和混合法。以节点位移为基本未知量的求解方法称为位移法；以节点力为基本未知量的求解方法称为力法；一部分以节点位移，另一部分以节点力作为基本未知量的求解方法称为混合法。由于位移法通用性强，计算机程序处理简单、方便，成为应用最广泛的一种方法[26]。 有限元法的求解过程简单、方法成熟、计算工作量大，特别适合于计算机计算。再加上它有成熟的大型软件系统支持，避免了人工在连续体上求分析解的数学困难，使其成为一种非常受欢迎的、应用极广泛的数值计算方法[27]。 2.1.2 有限元法基本步骤（Basic Process of FEM） 有限元法求解各种问题一般遵循以下的分析过程和步骤[28][29]： 1. 结构的离散化 结构的离散化是进行有限元法分析的第一步，它是有限元法计算的基础。将结构近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的计算模型，习惯上称为有限元网格划分。离散后单元与单元之间利用单元的节点相互连接起来，而单元节点的设置、性质、数目等应视问题的性质、描述变形形态的需要和计算精度而定。所以有限元法分析的结构已不是原有的物体或结构物，而是同种材料的由众多单元以一定方式连接成的离散物体。这样，用有限元分析计算所获得的结果是近似的。显然，单元越小（网格越密）则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量将增大，因此结构的离散化是有限元法的核心技术之一。有限元离散过程中又一重要环节是单元类型的选择，这应根据被分析结构的几何形状特点、载荷、约束等因素全面考虑。 2. 位移模式的选择 位移模式是表示单元内任意点的位移随位置变化的函数，位移模式的选择是有限元特性分析的第一步。由于多项式的数学运算比较简单、易于处理，所以通常是选用多项式作为位移函数。选择合适的位移函数是有限元分析的关键，它将决定有限元解的性质与近似程度。位移函数的选择一般遵循以下原则（有限元解的收敛条件）：
汽车座椅设计 摘要：运用人机工程学原理，针对汽车驾驶座持，从驾驶员生理特性与作业环境两个方面分析了影响驾驶舒适性及安全性的原因，在此基础上从坐姿舒适性，振动舒适性，操作舒适性，安全性等四个方面论述了人机工程学在汽车座椅设计中的应用，完成了对汽车驾驶座椅从分析到设计的系列开发过程。 关键词：人机工程汽车设计座椅 引言：交通事故统计分析表明，疲劳驾驶是造成交通事故的主要原冈。驾驶座椅是影响驾驶与乘坐舒适程度的重要设施，对于减少驾驶员疲劳程度，降低事故发生率有重要作用，汽车驾驶员座椅设计优劣与否直接关系到驾驶质量与安全。人机工程学是一门综合性较强的新兴交叉学科，它是从人的生理和心理特点出发，研究人、机、环境相互关系和相互作用的规律；其目的是让人在使用机械的过程中，感到“安全、健康、舒适、高效”。汽车设计是否符合人机工程要求，不仅关系到有效利用车内空间及提高乘用舒适性，而且影响整车内外造型和尺寸参数，进而影响整车性能和市场竞争力。 一、舒适驾乘首要在于座椅设计 通过对汽车座椅设计中的人机因素分析,即尺度、形态、功能、色彩四方面的具体分析,寻求汽车座椅设计与人机工程学的关系,从而论证目前汽车座椅设计中人机工程学应用的一些局限性,即学科内涵与目标的矛盾、共性原则与个性需求的矛盾、统计与个案的矛盾以及合理与合情的矛盾,通过对这些应用矛盾的透析,探求出汽车座椅设计中人机工程学应用的原则,从而最终为汽车座椅产品设计中人机工程学的应用探索出一条道路。 而人机工程学在汽车座椅设计中的作用主要体现在以下几方面： 1、为确定汽车空间范围提供依据。 2、为设计汽车座椅提供依据。 3、为确定感觉器官的适应能力提供依据。 二、汽车座椅的人机工程设计 汽车驾驶座椅的人机工程学分析，安全舒适的汽车驾驶座椅的设计必须满足以下要求：意识坐姿舒适性（静态舒适性）；二是振动舒适性（动态舒适性）；三是操作舒适性；四是安全性（包括主动安全性及被动安全性两个方面）。 上述要求具体到驾驶座椅的设计中满足驾驶员坐姿舒适性的座椅尺寸结构设计、满足驾驶员振动舒适性的座椅抗振减振设计、满足操作舒适性的座椅空间位置设计以及满足驾驶员的安全性的汽车驾驶座椅主动安全性及被动安全性的设计。 1、座椅结构设计 驾驶座椅结构设计的研究把注意力集中在人体生理结构特点对驾驶舒适程度的影响上，寻求最佳的座椅结构形式、尺寸、轮廓形状及材料选择。 （1）座椅结构设计 为了保证座垫上合理的体压分布，座垫应坚实平坦。太软的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，从而导致腰酸背痛现象的产生。研究表明：过于松软的椅面，使臀部与大腿的肌肉受压面积增大，不仅增加了躯干的不稳定性，而且不易改变坐姿，容易产生疲劳。 依据靠背上体压分布不均匀原则，在座椅靠背设计时应保证有靠背两点支撑，即就是人体背部和腰部的合理支撑。汽车座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支撑，第一支撑部位位于人体第5—6胸椎之间的高度上，作为肩靠；第二支撑设置在腰曲部位，作为腰靠。
汽车座椅设计规范 一、范围 本标准按国家标准、行业标准及生产经验规定的汽车座椅设计规范； 本标准适用于骐铃牌各系车型座椅的设计。 二、目的 规范座椅设计要求。 三、定义 3.1 座椅 seat 供一个成年乘员乘坐且有完整装饰并与车辆结构为一体或分体的乘坐设施。它包括单独的座椅或长条座椅的一个座位。 3.2 固定装置 anchorage 将座椅总成固定到车辆结构上的装置。包括车身上受影响的部件。 3.3 调节装置 adjustment system 能将座椅或其部件的位置调整到适应乘员乘坐姿态的装置。该装置应有如下功能：
纵向位移 longitudinal displacement 垂直位移 vertical displacement 角位移 angular displacement 3.4 锁止装置 locking system 使座椅及部件保持在使用位置的装置。 3.5 头枕 head restraint 用于限制成年乘员头部相对于其躯干后移，以减轻在发生碰撞事故时颈椎可能受到的损伤程度的装置。 3.6 “R”点“R”point GB11551——2003中附录C定义的乘坐基准点。 3.7 基准线 reference line GB11551——2003中附录C附件1图C.1中所示的通过三维人体模型的线。 三、技术要求 应包括产品的具体性能指标、技术要求、质量目标，专项试验、整机/整车试验以及国内外公司的匹配要求等内容。 3.1舒适性 1）座椅泡沫造型应符合人机工程学的要求，并给出A面的分析报告。 2）人体乘坐时，最大布置人体与骨架（硬物）间距≥30mm。 3）选用高回弹的优质冷发泡沫，性能指标见附表3.4要求。 4）选用优质复合面料，面料与泡沫采用火焰复合方式，提高面料的舒适度和环保性。 5) 前排座椅的舒适性设计参考应当满足人机工程相关法规和行业标准(根据设计可作相应调整)； 6）座椅各零部件的外露部分不得有易于伤人的尖角锐边，各部结构不得存在可能造成的挤压、剪钳伤人部分。 7）工作座椅的结构材料和装饰材料应耐用、阻燃、无毒。坐垫、腰靠、扶手的覆盖层应使用柔软、防滑、透气性好、吸汗的不导电材
汽车座椅强度仿真分析及优化 Static Strength Analysis and Structure Optimization by FEM in Vehicle Seat 宋广晶，李翠萍，朱莉，牟雪雷，刘加林，王志奇 （长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，保定071000，中国）摘要：本文基于HyperMesh软件建立座椅强度仿真分析的有限元模型，通过 HyperView 后处理提取分析结果，得到了整个分析过程中座椅的变形过程及应力分布情况，并对模拟结果进行了优化，同时对优化结果进行了计算验证。 关键词：汽车座椅；强度；仿真分析；优化;HyperMesh Abstract：A finite element model of an automobile seat strength was established using HyperMesh. The distortion and stress distribution was displayed by HyperView . The model was optimized , while the optimization results was verify by calculations. Key words：Automobile seat；Strength ;Simulation analysis；Optimization；HyperMesh 前言 随着汽车保有量的日益增加，人们对汽车安全性能的要求越来越高。汽车安全性能分为主动安全性和被动安全性，被动安全性在汽车工业中更是发展迅速的领域。汽车座椅强度是汽车被动安全的一个重要指标。 GB 15083-2006标准中要求[1]，当座椅处于制造厂所规定的正常使用位置时，构成行李舱的座椅靠背或头枕应具有足够的强度以保护乘员不因行李的前移而受到伤害。试验的过程中及试验后，如果座椅及其锁止装置仍保持在原位置，则认为满足此要求。 在试验期间，允许座椅靠背及其紧固件变形，但是被测座椅靠背向前方移动的距离不能超过座椅的R点前方100mm处的一横向垂面，被测座椅头枕向前方移动的距离不能超过座椅的R点前方150mm处的一横向垂面。 一、模型搭建 利用HyperMesh中MidSurface（提取中面）功能抽取中面[2]建立有限元模型。搭建被测汽车座椅骨架模型和地板模型，在不影响正常分析结果的前提下适当简化了运算模型见图1。 钣金件之间的焊点和螺栓用刚性连接模拟。其中座椅骨架采用壳单元进行网格划分，单元长度基准为10mm，最小单元长度不小于5mm，最大单元长度不大于13mm的规则来划分网格。建立完成的有限元模型共有节点28640个，壳单元23477个，体单元7718个，刚性连接694个。
有限元法基本原理与应用 班级机械2081 姓名方志平 指导老师钟相强 摘要：有限元法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。 关键词：有限元法；变分原理；加权余量法；函数。 Abstract：Finite element method is based on the variational principle and the weighted residual method, the basic idea is to solve the computational domain is divided into a finite number of non-overlapping units, each unit, select some appropriate function for solving the interpolation node points as , the differential variables rewritten or its derivative by the variable value of the selected node interpolation functions consisting of linear expressions, by means of variational principle or weighted residual method, the discrete differential equations to solve. Different forms of weight functions and interpolation functions, it constitutes a different finite element method. Keywords：Finite element method; variational principle; weighted residual method; function。 引言 有限元方法最早应用于结构力学，后来随着计算机的发展慢慢用于流体力学的数值模拟。在有限元方法中，把计算域离散剖分为有限个互不重叠且相互连接的单元，在每个单元内选择基函数，用单元基函数的线形组合来逼近单元中的真解，整个计算域上总体的基函数可以看为由每个单元基函数组成的，则整个计算域内的解可以看作是由所有单元上的近似解构成。在河道数值模拟中，常见的有限元计算方法是由变分法和加权余量法发展而来的里兹法和伽辽金法、最小二乘法等。根据所采用的权函数和插值函数的不同，有限元方法也分为多种计算格式。从权函数的选择来说，有配置法、矩量法、最小二乘法和伽辽金法，从计算单元网格的形状来划分，有三角形网格、四边形网格和多边形网格，从插值函数的精度来划分，又分为线性插值函数和高次插值函数等。不同的组合同样构成不同的有限元计算格式。对于权函数，伽辽金(Galerkin)法是将权函数取为逼近函数中的基函数；最小二乘法是令权函数等于余量本身，而内积的极小值则为对代求系数的平方误差最小；在配置法中，先在计
四种常用有限元计算软件的单元方向，材料方向以及复合材料定义的 比较： 一． MSC.PATRAN/NASTRAN 单元方向：PATRAN中的单元坐标系是由单元节点的顺序来确定的（X轴平行与单元的其中一条边，Y轴与之垂直，Z轴是它们的差乘）。应力应变的输出均按照其每个单元所固有的单元坐标系的方向来输出，但不从坐标系上区分正负。正负始终是根据受拉为正，受压为负来判断的。 材料方向：PATRAN中定义的材料方向是一个向量，也即0度铺层方向。材料坐标系的方向决定着各向异性材料的材料数据方向，是为了确定材料数据中E1的方向，E2与之垂直，E3是前两个的差乘。PATRAN中材料方向并不决定应力应变的输出方向。（各向同性材料而言其材料方向没有实际意义） 复合材料：复合材料中定义的层偏转角实际上是指该层的E1方向为将材料方向偏转这个度数后的方向。（若以单元法方向为外向，则先输入的铺层为最外层）。结果里各个层输出的都是主轴方向的应力应变。 二． MSC.MARC 单元方向(同PATRAN)：MARC中的单元坐标系是由单元节点的顺序来确定的。应力应变的输出均按照其每个单元所固有的单元坐标系的方向来输出，但不从坐标系上区分正负。正负始终是根据受拉为正，受压为负来判断的。 材料方向(同PATRAN)：MARC中定义的材料方向是一个向量，也即0度铺层方向。材料坐标系的方向决定着各向异性材料的材料数据方向是，为了确定材料数据中E1的方向，E2与之垂直，E3是前两个的差乘。MARC中材料方向并不决定应力应变的输出方向。（各向同性材料而言其材料方向没有实际意义） 复合材料（与PATRAN有区别）：复合材料中定义的层偏转角实际上是指该层的E1方向为将材料方向偏转这个度数后的方向。（若以单元法方向为外向，则先输入的铺层为最内层） 三． ABAQUS 材料方向（有区别）： ABAQUS软件与上述两种软件最大的不同在于其单元坐标系就是 材料坐标系，局部坐标的1和2轴位于壳平面内，1轴是整体坐标的1轴在壳元上的投影（若整体坐标的1轴垂直于壳面则用整体坐标的3轴投影）。2轴与1轴垂直，3轴差乘。其材料坐标系的方向不但决定着各向异性材料的材料数据方向（比如E1表明沿1轴的弹性模量），也同时决定应力应变的输出方向。与前两种软件相同，应力应变不从坐标系上区分正负，正负始终是根据受拉为正，受压为负来判断的。 复合材料（有区别）：复合材料中定义的层偏转角实际上是指该层的E1方向 为将材料方向偏转这个度数后的方向。（若以单元法方向为外向，则先输入的铺层为最外层：同PATRAN） 四． ANASYS 单元方向： 单元坐标系是每个单元的局部坐标系，一般用来描述整个单元，shell单元默认的单元坐标是以i-j边为基础的坐标系。应力应变的输出均按照其每个单元所固
人机工程学在汽车座椅设计中的应用 摘要：运用人机工程学原理，针对汽车驾驶座持，从驾驶员生理特性与作业环境两个方面分析了影响驾驶舒适性及安全性的原因，在此基础上从坐姿舒适性，振动舒适性，操作舒适性，安全性等四个方面论述了人机工程学在汽车座椅设计中的应用，完成了对汽车驾驶座椅从分析到设计的系列开发过程。 关键词：汽车驾驶座椅人机工程学设计 一、引言 随着时代的发展，当今社会已由工业社会向信息社会即后工业社会过渡，人类赖以生存的生活空间和生活方式，处处都是经过设计并不断完善的设计世界。现代设计，作为一种广泛的文化活动，已成为人们生活中的一部分。人们开始追求高品质的舒适生活,于是按照人体工程学设计的产品也就越来越受到大众的欢迎。人体工程学的产品也就成了现代社会人们追求的目标。先以汽车座椅为例,人体工程学的家具并不是人们头脑中所想象的仅有数据符合的座椅,它还包括除了人体生理数据之外的很多因素。它的设计原则除了常见的尺度设计原则,人体机能和环境设计原则,健康设计原则外还应该讲求黄金分割比的设计原则。并指出在这些原则的指导下好的人体工程学座椅是功能与美学相结合的产品,可以为人带来身心两方面的享受。 二、舒适驾乘首要在于座椅设计 通过对汽车座椅设计中的人机因素分析,即尺度、形态、功能、色彩四方面的具体分析,寻求汽车座椅设计与人机工程学的关系,从而论证目前汽车座椅设计中人机工程学应用的一些局限性,即学科内涵与目标的矛盾、共性原则与个性需求的矛盾、统计与个案的矛盾以及合理与合情的矛盾,通过对这些应用矛盾的透析,探求出汽车座椅设计中人机工程学应用的原则,从而最终为汽车座椅产品设计中人机工程学的应用探索出一条道路。 而人机工程学在汽车座椅设计中的作用主要体现在以下几方面： 1、为确定汽车空间范围提供依据。 2、为设计汽车座椅提供依据。 3、为确定感觉器官的适应能力提供依据。 三、汽车座椅人机工程学分析 1、人体坐姿生理特性分析
SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 平面应力问题解的Matlab实现 姓名: heiya168 学号: 帆哥 班级： 指导老师：
目录 1绪论 (1) 2平面问题的四节点四边形单元 (2) 2.1单元的构造 (2) 2.2等参变换 (5) 2.3边界条件的处理——置“1”法 (8) 3有限元分析流程 (10) 3.1程序原理和流程 (10) 3.2使用的函数 (11) 3.3文件管理 (11) 3.4数据文件格式 (11) 4算例——开方孔的矩形板拉伸分析 (13) 4.1问题的具体参数与载荷 (13) 4.2Matlab程序计算 (13) 4.3ANSYS建模计算 (15) 4.4误差分析 (17) 5总结 (18) 参考文献 (18) 附录 (19)
1绪论 有限元方法(finite element method)，是求取复杂微分方程近似解的一种非常有效的工具，是现代数字化科技的一种重要基础性原理。将它用于在科学研究中，可成为探究物质客观规律的先进手段。将它应用于工程技术中，可成为工程设计和分析的可靠工具。 弹性体在载荷作用下，其基本方程可写成以下的三类方程和两种边界条件。平衡方程——应力与外载荷的关系；几何方程——应变位移关系；物理方程——应力应变关系；力的边界条件；几何边界条件。应用最小位能原理，并利用上述关系，最终建立由刚度方程，节点位移和等效节点载荷所构成的求解方程。带入边界条件求解方程，就可以得出弹性力学问题的一般性解答。 本次大作业基于有限元方法的基本原理，使用Matlab这一平台，针对平面应力问题，采用四节点四边形单元编写了求解单元节点位移的程序。主要内容包括：1）介绍有限元的基本原理；2）编程基本思路及流程介绍；3）程序原理及说明； 4）具体算例这四个部分。
10.16638/https://www.doczj.com/doc/7e8679573.html,ki.1671-7988.2019.02.015 汽车座椅舒适性设计要求的探讨 郝利生，张智勇 （泰极爱思（郑州）汽车座椅研发有限公司，河南郑州451450） 摘要：随着经济和生活水平的提高，购买汽车的需求不断增加，对汽车消费需求也从耐用和安全提升到了更舒适的驾车体验。汽车不但要美观、大气、符合主流消费者的观念，同时整车需要更好的安全保障；而汽车座椅的舒适性可以为驾驶员和乘坐者提供更为舒适的乘车环境，从而提高车辆的实用性能。所以，为了保证驾驶者有更好的乘车感受，汽车企业对于座椅的设计也日益重视，这就需要在设计过程中，必须要将座椅的舒适性性能充分考虑。关键词：汽车座椅；舒适性能；设计；探讨 中图分类号：U461.4 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2019)02-43-02 Discussion on design requirements for comfort of car seats Hao Lisheng, Zhang Zhiyong ( Taiji Aisi (Zhengzhou) Car Seat R&D Co. Ltd., Henan Zhengzhou 451450 ) Absrtact: With the improvement of economy and living standard, the demand for buying automobiles is increasing, and the demand for automobile consumption has also increased from durability and safety to a more comfortable driving experience. The car should not only be beautiful, atmospheric, in line with the concept of mainstream consumers, but also need better safety protection. The comfort of the car seat can provide more comfortable driving environment for drivers and passengers, thus improving the practical performance of the vehicle. Therefore, in order to ensure that drivers have a better ride experi -ence, automotive companies pay more and more attention to the design of seats, which requires that in the design process, the comfort performance of seats must be fully considered. Keywords: car seat; comfort performance; design; Explore CLC NO.: U461.4 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2019)02-43-02 1 汽车座椅的舒适性能提高乘客乘车感受 第一点，汽车座椅作为汽车内部饰件的主要组成部分，是汽车使用过程中与消费者接触时间最长的部件，因此，座椅舒适性显得尤为重要。首先，座椅构造及外观造型要和整体内饰构建相搭配、协调；其次，对于座椅外观材料选择也更讲究，不仅需要美观，更需要易于清洁，环保。消费者购买车辆对座椅的舒适性要求已经扩展到人体机能的感知领域，即所谓的看、听、闻、感受等方面。随着互联网大面积普及，消费者能通过各种渠道对汽车和座椅舒适性的了解，使得对汽车的舒适性能和安全性能提出了更高的要求。汽车座椅的构造在人体机能学领域仍在初级阶段，其发展潜能是巨大的。对于消费者来说，汽车除了外形吸引人以外，更为重要方面就是驾乘舒适性了，毕竟外观是认知，舒适是体验。 第二点，在人体机能学研究领域，汽车的座椅的开发加入了科学技术，结合人体构造，研究出更适合人们乘坐的汽车座椅。对于汽车座椅的要求，应该从广大消费者的需求上考虑，国内诸如吉林大学、武汉理工大学等高校致力于对不同人群对座椅构造的需求，积累了大量的数据，但这仅限于高校的研究而已，并未达到产研合作，真正将汽车座椅舒适性设计还是落在广大的汽车制造商和座椅供应商身上，因为汽车制造商忽略了客户对座椅舒适性要求，就会导致销量的 作者简介：郝利生，就职于泰极爱思（郑州）汽车座椅研发有限公 司。 43
基于ABAQUS的汽车座椅塑料件有限元分析 作者：霍夫汽车设计北京有限公司刘明卓来源：汽车制造业 汽车座椅塑料件的现状与发展 伴随着汽车外形的变化，座椅也发生了很多变化，从开始类似于沙发的汽车座椅发展到现在功能齐全的座椅，这与汽车产业的迅猛发展和科技成果的不断发明、运用是分不开的，这其中又以塑料件的运用最为突出。据2005年欧洲车用材料构成表显示，塑料材料的应用比重约占整车的10%，如图1所示。而在汽车座椅上，所有塑料件的比重也约占到座椅总比重的12%，其他用到塑料件的汽车部位还包括保险杠、仪表板、装饰件和内饰件等。 图1 2005年欧洲车用材料构成表 之所以塑料件会得到如此广泛的应用，主要是由于塑料件具有以下优点： 1.质量比其他结构件要轻很多，可以满足汽车轻量化的要求； 2.具有良好的防锈功能，外型美观大方； 3.具有吸震功能，可以较大幅度地提高汽车座椅的舒适性、减少噪音； 4.塑料件可塑性比较强，因而设计的自由度大，可以制作出各种各样复杂的样件； 5.成型性好，可以降低零件数目等。 所有这些优点都使得塑料件在汽车座椅以及整车上的比重逐步加大，同时对塑料件性能、强度等方面的测试也提出越来越高的要求。 有限元分析在汽车座椅塑料件上的作用和意义
作为零部件厂商，积极并有效地使用CAX工具，对降低试验经费、减少开发及制造成本有着重要意义。 经证实，在产品开发概念阶段及设计初期，有限元分析的介入可以尽早发现和避免设计缺陷，避免了后期的设计更改所带来的巨大的人力和物力的再投入，从而节省大量的时间及开发成本。无论是大企业还是小企业，以工程分析推动产品开发的理念都是不可缺少的，通过科学的数学计算辅助认证设计、规范产品设计流程，是提高企业设计水平、提高行业开发能力、增强产品市场竞争力，使我国由简单的制造大国向有技术能力的制造加设计大国转变道路中至关重要的一步。 随着CAE技术的不断发展，目前的汽车产品设计已经逐步用有限元分析取代了原有粗糙的手工计算和经验设计，通过计算机模拟分析，在设计初期就能发现问题，避免了大量的样件制作和产品试验，既缩短了设计周期，也极大地降低了产品开发的成本，提高了经济效益。另一方面，每一款新的汽车座椅都需要通过物理实验的测试以达到各个方面安全性能的要求，只有这样才能保证汽车座椅在投入市场之后的安全性。但做物理实验需要具备先进的设备、功能齐全的实验室，同时还需要生产大批量的样件，这些无疑加大了产品开发的成本和风险，延长了新产品的开发周期，而有限元分析通过合理的模拟，可以在物理实验进行之前给出一个定性的结论，从而大大提高了物理实验的成功率。 ABAQUS在汽车座椅塑料件有限元分析的应用 本研究选用HYPER WORKS作为前后处理工具，ABAQUS求解器对汽车座椅塑料件进行有限元分析。HYPERMESH软件是美国Altair公司的产品，是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有强大的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。在CAE领域，HYPERMESH最著名的特点是它所具有的强大的有限元网格前处理和后处理功能。一般来说，CAE分析工程师80％的时间都花费在了有限元模型的建立和修改上，而真正的分析求解时间是消耗在计算机工作站上的。所以采用一个功能强大，使用方便灵活，并能够与众多CAD系统和有限元求解器进行方便的数据交换的有限元前后处理工具，对于提高有限元分析工作的质量和效率具有十分重要的意义。同时HYPERMESH支持很多不同的求解器输入输出格式，这样在利用HYPERMESH划分好模型的有限元网格后，可以直接把计算模型转化成不同的求解器文件格式。