汽车座椅的四连杆机构有限元分析

连杆机构的有限元分析方法连杆机构的有限元分析方法连杆机构是一种常见的机械结构，由多个连杆和铰链连接而成，广泛应用于各行各业的机械装置中。

在设计和优化连杆机构时，有限元分析是一种有效的方法，可以帮助工程师评估其性能和稳定性。

以下是连杆机构有限元分析的一些步骤和方法。

第一步：建立模型在进行有限元分析之前，需要建立连杆机构的几何模型。

这可以通过计算机辅助设计（CAD）软件完成，将连杆和铰链的几何形状和尺寸输入到软件中。

第二步：离散化离散化是指将连续的结构模型分割为有限数量的单元，以便进行有限元分析。

常用的单元类型包括三角形、四边形单元或六面体等。

根据具体的连杆机构结构，选择合适的单元类型进行离散化。

第三步：确定材料属性和边界条件根据实际情况，为连杆和铰链分配合适的材料属性，如弹性模量、泊松比、密度等。

此外，还需要确定边界条件，如约束和外部载荷。

约束是指限制杆件的运动范围，外部载荷是指施加在连杆上的力或力矩。

这些参数对于分析连杆机构的性能至关重要。

第四步：求解有限元方程将连杆机构的模型和边界条件输入有限元分析软件中，通过求解有限元方程来计算连杆机构的应力、位移和变形。

有限元方程是通过应变能原理和位移函数推导得到的。

第五步：评估结果根据有限元分析的结果，评估连杆机构的性能和稳定性。

例如，可以通过应力和位移分布来判断杆件是否会发生破坏或变形。

此外，还可以计算杆件的刚度、自然频率和振动模态等参数。

第六步：优化设计如果连杆机构的性能不符合要求，需要进行设计优化。

可以通过改变连杆和铰链的尺寸、形状或材料来改善连杆机构的性能。

再次进行有限元分析，评估优化后的连杆机构是否满足设计要求。

综上所述，有限元分析是一种对连杆机构进行性能评估和优化设计的有效方法。

通过逐步完成建模、离散化、确定材料属性和边界条件、求解有限元方程、评估结果和优化设计等步骤，可以提高连杆机构的设计质量和工作效率。

汽车座椅的四连杆机构有限元分析_产品创新数字化(PLM)_CAE_1700汽车座椅的四连杆机构有限元分析_产品创新数字化(PLM)_CAE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。

轿车驾驶员座椅骨架强度的有限元仿真分析孙丹丹姚为民（吉林大学汽车工程学院）摘要：在座椅骨架的强度分析中应用运算机仿真方式能够有效地降低开发本钱、缩短开发周期。

本文要紧针对某轿车驾驶员座椅骨架的强度和头枕的后移量进行了仿真分析，在研究的进程中利用公司的有限元前、后处置软件和有限元分析软件进行建模、仿真分析和结果处置，并通过实验对仿真分析的结果进行了校验。

关键词：轿车座椅骨架有限元分析1.结构的几何模型该轿车驾驶员座椅骨架的几何模型是对其座椅骨架的零部件进行分析、测量、简化后，在提供的几何建模模块中构建完成的。

第一考虑简化座椅骨架中对强度阻碍很小的部份，这部份结构的特点是形状较为复杂，构建几何模型时可能会有必然的困难，但在整个座椅系统中又是不可缺少的，如盆形底座中的孔结构,在整个座垫骨架总成中要紧起到减轻结构重量的作用，对座椅骨架的强度大体没有阻碍，因此，在进行强度分析时能够临时不考虑；还有一些零部件的设计只是知足结构上的需要，对强度的阻碍也很小，咱们以为这部份结构能够进行适当的简化，如靠背侧梁上的一些翻边和圆孔，要紧辅助靠背的横、竖钢丝和弹簧与侧梁的连接，对结构强度的阻碍也很小，因此该部份结构在作强度分析时也能够作适当的简化；另外，靠背骨架总成中的横、竖钢丝和弹簧元件对座椅的强度阻碍不大，能够将该部份结构在建模时忽略。

第二，座椅骨架中一些小的过渡圆角结构，若是在构建几何模型时将其考虑到模型中，那么在成立有限元模型时就可能产生一些质量较差的单元，因此能够在构建几何模型时不考虑这部份结构，而是在成立有限元模型时进行补充，如此处置一方面能够减轻几何建模的工作量，同时也能够减少在划分有限单元时由于孔洞结构带来的质量较差的单元，这对提高计算精度也很成心义。

2.结构的有限元模型中的有限元模块，为用户提供了丰硕的单元库，对不同的结构如杆、梁、板、实体进行有限元概念十分方便。

本文研究的座椅骨架主若是由诸多薄板件和长管结构件焊接而成的，在利用进程中常常会受到弯曲力和剪切力的作用，因此在进行有限元模型概念时要紧采纳SHELL板单元和BEAM梁单元。

连杆的设计和有限元分析连杆是一种常见的机械传动元件，用于将机械运动传递给其他部件。

其设计和有限元分析是确保连杆能够安全有效地工作的重要步骤。

本文将主要介绍连杆的设计和有限元分析。

首先，根据传动的要求确定连杆的工作载荷，包括径向力、切向力和弯曲力等。

根据这些载荷，可以计算出连杆的最大载荷和加速度。

其次，在确定连杆的最大载荷后，需要根据材料的强度和韧性来选择合适的材料。

常用的连杆材料包括钢、铝合金和铜合金等。

根据材料的强度和韧性，可以计算出连杆的最大应力和应变。

然后，根据最大载荷和材料性能计算出连杆的尺寸。

连杆的尺寸包括长度、直径和孔径等。

通过对连杆进行强度计算，可以确保其不会发生破坏或变形。

最后，设计完成后，可以制作连杆的CAD模型，用于制造和装配。

有限元分析是一种常用的工程分析方法，可以用于模拟材料和结构的行为。

在连杆的设计中，有限元分析可用于评估连杆的强度和刚度等性能。

以下是使用有限元分析进行连杆分析的主要步骤：首先，根据设计完成的CAD模型，将连杆的几何形状转换成有限元模型。

连杆可以被分解成多个有限元单元，例如梁单元或壳单元。

每个有限元单元都与相邻的单元相连，形成整个连杆的有限元模型。

其次，应用适当的边界条件和载荷，在有限元模型中模拟工作载荷和运动条件。

这些载荷和边界条件可能包括沿连杆的节点施加的力或位移。

然后，使用适当的材料力学模型，在有限元模型中定义材料的性能。

这包括材料的弹性模量、屈服强度和断裂韧性等。

根据材料模型，有限元分析可以计算出连杆在应力和应变下的响应。

最后，根据有限元模型的分析结果，评估连杆的强度和刚度等性能。

如果连杆的应力或应变超过了材料的极限，表明设计存在缺陷，需要进行修改。

除了强度和刚度分析外，有限元分析还可以对连杆进行模态分析和动力学分析等，以评估其固有频率和响应。

总结起来，连杆的设计和有限元分析是确保连杆能够安全有效地工作的重要步骤。

通过正确的设计和分析，可以确保连杆的强度和刚度等性能，从而满足传动的要求。

用ANSYS进行四连杆机构的有限元分析作者：谭辉日期：08年3月6日分析目的1、利用ANSYS对典型的四连杆机构进行分析，主要包含各点的轨迹分析，例如X和丫方向的位移等。

2、为五连杆和六连杆机构的分析提供可行的分析方法以及原型代码。

问题简述分析主动杆1绕节点1旋转一周时节点4的运动轨迹，杆2和杆3为从动杆, 具体问题见下图：节点4, 5 （重合）5！分析思路1、 根据分析目的，在 ANSYS 选用linkl 单元进行单元建模，主要考虑 是linkl 单元具有X 和丫方向的自由度，可以获得各个节点的位移轨迹。

之后可以用梁单元等实现更高级的分析目的，例如获得杆上的力，位移， 加速度等相关信息。

2、 该模型结构简单，可以利用直接建模方法进行有限元系统建模，主 要命令：N , E 。

3、 利用自由度耦合对重合节点进行建模，例如节点2和节点3、节点4和节点5进行建模，主要命令：cpintf ,利用该命令可以一次性将重合节 点生成自由度耦合。

4、 利用表数组对于杆1 （主动杆）的节点2进行瞬态边界条件的载荷施 力□，分析类型为瞬态分析，主要命令：*dim ，d 等。

5、 生成节点位移的对应变量，从而获得节点 4的随时间的位移曲线， 主要命令：nsol, plvar 等。

符号注释结束上一次的分析！清除数据库，并读取启动配置文件！！设置图形显示的背景颜色！命令流如下行号命令 1 finish2 /clear,start33 /color,pbak, on ,1,5！/units,si设置单位制：国际单位制 ！*afun,deg设置三角函数运算采用度为单位 ！ /prep7！进入前处理模块！et,1,link1设置单元类型： link1 ！ mp,ex,1,2.07e11 设置材料的弹性模量 ！r,1,1 设置单元的实常数，面积为 1 ！ n,1,0,0,0 在（ 0， 0， 0）处建立节点 1 ！ n,2,3,0,0 在（ 3， 0， 0）处建立节点 2 ！ n,3,3,0,0 在（ 3， 0， 0）处建立节点 3，和节 ！ ！点 2 重合n,4,8,7,0 在（ 8， 7， 0）处建立节点 4 ！ n,5,8,7,0 在（ 8， 7， 0）处建立节点 4，和节！ ！点 4 重合n,6,10,0,0在（ 10，0，0）处建立节点 6 ！e,1,2建立单元 1（连接节点 1和 2） ！ e,3,4建立单元 2（连接节点 3和 4） ！ e,5,6建立单元 3（连接节点 5和 6） ！ cpintf,all,1e-3！对于重合节点一次性的建立耦合自 ！ 由度，容差 1e － 3/pnum,node,1 ！显示节点编号 ！/pnum,elem,1 显示单元编号 ！eplot显示单元6 7 8 91011 12 13 14 15 16 17 18 19 202122232425 26 27finish 退出前处理模块！/solu antype,trans time,1deltim,0.01 timint,on,all*dim,node_2_ux,table,100,1,1 *dim,node_2_uy,table,100,1,1 *do,i,1,100,1node_2_ux(i,0,1)=0.01*inode_2_ux(i,1,1)=distnd(1,2)*cos(3.6*i)-distnd(1, 2)node_2_uy(i,0,1)=0.01*inode_2_uy(i,1,1)=distnd(1,2)*sin(3.6*i) *enddod,1,all,0 d,6,all,0d,2,ux,%node_2_ux% d,2,uy,%node_2_uy%数组： node_2_uy28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49进入求解模块！设置分析类型为瞬态分析 ！ 设置分析结束时间为 1 ！设置时间步长为 0.01 ！打开时间积分！ ！设置节点 2的 X 方向的时间－位移 ！的表数据： node_2_ux设置节点 2的 Y 方向的时间－位移 ！的表数据： node_2_uy 进入表数据赋值循环 ！设定节点 2 的 X 方向位移的时间序 ！■ 列：0.01, 0.02, 0.03 ……设定节点 2 的 X 方向的位移序列 ！ 设定节点 2 的 Y 方向位移的时间序 !列：0.01, 0.02, 0.03 ……设定节点 2 的 Y 方向的位移序列 ！结束循环！ ！ 设定节点 1 的所有自由度为 0 ！ 设定节点 6 的所有自由度为 0！ ！将节点 2 的 X 方向的位移赋值为表 ！数组： node_2_ux将节点 2 的 Y 方向的位移赋值为表I !alls outres,all,all solve finish /post26 nsol,2,3,u,x nsol,3,3,u,y nsol,4,4,u,x nsol,5,4,u,y plvar,2,3,4,5 /image,save,tran s_curve,jpg finish /post1 /dscale,1,1 pldisp,2 finish/exit,save选择所有的对象 !计算并输出所有的数据!执行求解! 退出求解模块! ! 进入时间序列后处理模块! 将节点3的X 方向的位移设置为 2 I！#变量将节点3的Y 方向的位移设置为 3 ! #变量将节点4的X 方向的位移设置为 4 I! #变量将节点4的Y 方向的位移设置为 5 ! #变量打印2#、3#、4 #和 5#变量随时 I ! 间的变化曲线保存当前的曲线图形到文件： I ° trans_curve.jpg,方便用户看图 退出时间序列后处理模块! ! 进入通用后处理模块! 设置模型变形的显示比例为 1! 显示变形状态!退出通用后处理模块退出并保存数据库5051 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70几点思考1、为什么最终显示的变形和原来的图形完全重合了？答：因为杆1旋转了360度，在最后的载荷步计算完成和就和原来最初的模型重合了，但是可以用an time命令显示动画，就可以看出运动的效果。

四连杆受力分析
不计摩擦时机构的受力分析根据机构所受已知外力（包括惯性力）来确定个运动副中的反力和需加于该机构上的平衡力。

由于运动副反力对机构来说是内力，必须将机构分解为若干个杆组，然后依次分析。

平衡力（矩）——与作用于机构构件上的已知外力和惯性力相平衡的未知外力（矩）相平衡的未知外力（矩）已知生产阻力平衡力（矩）——求解保证原动件按预定运动规律运动时所需要的驱动力（矩）已知驱动力（矩）平衡力（矩）——求解机构所能克服的生产阻力一. 构件组的静定条件——该构件组所能列出的独立的力平衡方程式的数目.。

连杆的有限元分析与优化设计作者：王伟一、前言CAD(Computer Aided Design计算机辅助设计)的一个重要特征是提供了对新产品模型进行分析、综合与评价的数值求解方法。

当把设计对象描述为计算机内部模型后，研究如何使产品达到性能要求、进行新产品技术指标的优化设计、性能预测、结构分析仿真的数值求解方法称为CAE(Computer Aided Experiment计算机辅助分析)，这种方法已成为CAD/CAM (Computer Aided Manufacturing计算机辅助制造)集成中不可缺少的工程计算分析技术。

该技术中的核心计算方法是一种有效的数值分析方法一有限元分析。

本文中要利用有限元分析进行结构优化设计的零件是联轴部件〔图1)中的连杆。

联轴部件是应用在液压气动自控部件中的一个组成部分，在外力作用下，连杆带动轴作周期转动，转动中推杆"联轴部件之外的零件)始终与轴中间不规则截面部分保持接触，使得推杆上下运动，从而控制电磁阀开、关的动作。

连杆为联轴部件中传递外力的主要零件，材料为合金钢，控制端在φA处与键及轴连接，承受外力在φB处。

该零件的毛坯是铸件。

改进前的结构要保证连杆φA孔与其一侧平面有较高的垂直度，才能确保联轴部件中的连杆在带动轴旋转的过程中.侧平面不会与端盖接触，造成转动不流畅的现象，同时，连杆作为一个传动零件，从经济性角度考虑，本身结构应当灵巧一些。

改进后的结构会不会影响在承受相同外力情况下零件的强度。

这是本文利用有限元分析进行连杆的结构优化设计的重要部分，准确地说，能否肯定新的结构，有限元分析在零件的优化设计中起到了至关重要的作用。

图1 联轴部件二、有限元分析1有限元法的基本概念有限元法(Finite Element Method，简称FEM)是一种数值离散化方法，根据变分原理求其数值解。

因此适合于求解结构形状及边界条件比较复杂、材料特性不均匀等力学问题能够解决几乎所有工程领域中各种边值问题(平衡或定常问题、动态或非定常问题)，如:弹性力学、弹塑性问题疲劳与断裂分析、动力响应分析、流体力学、传热、电磁场等问题。

四连杆机构运动分析第一篇：四连杆机构运动分析游梁式抽油机是以游梁支点和曲柄轴中心的连线做固定杆，以曲柄，连杆和游梁后臂为三个活动杆所构成的四连结构。

1.1四连杆机构运动分析：图1复数矢量法：为了对机构进行运动分析，先建立坐标系，并将各构件表示为杆矢量。

结构封闭矢量方程式的复数矢量形式：l1eiϕ1+l2eiϕ2=l3eiϕ3+l(1)应用欧拉公式eiθ=cosθ+isinθ将(1)的实部、虚部分离，得 l1cosϕ1+l2cosϕ2=l4+l3cosϕ3⎫⎬(2)l1sinϕ1+l2sinϕ2=l3sinϕ3⎭由此方程组可求得两个未知方位角ϕ2,ϕ3。

解得tan(ϕ3/2)=(B±A2+B2-C2)/(A-C)(4)当要求解ϕ3时，应将ϕ2消去可得222l2=l3+l4+l12-2l3l4cosϕ3-2l1l3cos(ϕ3-ϕ1)-2l1l4cosϕ1(3)ϕ2=arctanB+l3sinϕ3(5)A+l3cosϕ3A=l4-l1cosϕ1其中：B=-l1sinϕ12A2+B2+l32-l2C=2l3(4)式中负号对应的四连杆机构的图形如图2所示，在求得ϕ3之后，可利用(5)求得ϕ2。

图2 由于初始状态ϕ1有个初始角度，定义为ϕ10，因此，我们可以得到关于ϕ1=ϕ10+ωt，ω是曲柄的角速度。

而通过图形3分析，我们得到OA的角度θ=ϕ3-因此悬点E的位移公式为s=|OA|⨯θ，速度v=dvd2sd2θa==2=|OA|2。

dtdtdtπ2-ϕ10。

dsdθ=|OA|，加速度dtdt图3 已知附录4给出四连杆各段尺寸，前臂AO=4315mm，后臂BO=2495mm，连杆BD=3675mm，曲柄半径O’D=R=950mm，根据已知条件我们推出|OO'|+|O'D|>|OB|+|BD|违背了抽油系统的四连结构基本原则。

为了合理解释光杆悬点的运动规律，我们对四连结构进行简化，可采用简谐运动、曲柄滑块结构进行研究。

课程设计（论文）任务书目录1汽车座椅骨架的尺寸测量 (3)2用CATIA V5 R17进行三维建模 (3)2.1 座椅底座的建模 (3)2.2 座椅靠背及靠枕的建模 (6)2.3 零件图的装配 (8)3将三维模型导入ANSYS12.0 workbench 的过程 (9)3.1 CATIA文件的格式转换 (9)3.2 三维模型导入workbench的过程 (9)4用workbench对座椅骨架三维模型进行模态分析求解 (10)4.1 模型的网格划分分析求解 (10)4.2 结论及问题讨论 (21)5参考文献 (21)1 汽车座椅骨架的尺寸测量坐总高：910靠背高*宽：650*470靠背管子半径：10靠枕高*宽:100*100靠枕管子半径15（大）；10（小）靠背下边大轴半径：15底座宽度*高度：470*260座椅管子半径：10实物图2 用CATIA V5 R17进行三维建模2.1 座椅底座的建模画曲线用肋板生成圆杆，建立平面进入草图画出板子的二维图，退出草图，用凸台命令生成板子，然后打圆孔阵列生成多个。

选择平面进入草图对底座的主要尺寸进行标注2.2 座椅靠背及靠枕的建模画一个板子打孔选择与中间杆轴线垂直的平面进入草图，对靠背的主要尺寸进行标注2.3 零件图的装配将CATIA建模得到的座椅底座和靠背两个零件图载入装配中，再将靠背的最下面的一根杆的轴线与底座肋板两孔的轴线约束其同轴即可得到模型的装配图。

3 将三维模型导入ANSYS12.0 workbench 的过程3.1 CATIA文件的格式转换将三维建模得到的CATIA文件保存为.stp格式，打开ANSYS12.0下的workbench 软件，点击文件下的import…，在打开的对话框中选中刚才保存的.stp文件，点击打开。

3.2三维模型导入workbench的过程双击Toolbox下的Modal（ANSYS），在弹出的project schematic 下的对话框中双击Geometry。