汽车座椅有限元建模与计算

某轿车后排座椅骨架CAE分析及轻量化设计随着现代科技的快速发展，汽车作为一个重要的交通工具，不断地在各个方面得到了升级和完善。

其中，座椅骨架作为一项关键的结构部件，其性能和质量直接关系到乘坐者的安全和舒适性。

本文将针对某轿车的后排座椅骨架进行CAE分析和轻量化设计。

首先，进行了有限元分析（FEA），对后排座椅骨架进行了模拟载荷和应力分析，发现主要受力部位为座椅横梁、底横杆和支撑柱。

经过计算和优化，设计出了一种新的轻量化骨架结构——采用高强度铝合金材料，配合特殊的构造，将骨架重量成功减少30%以上。

针对新的骨架结构，进行了数值模拟，发现其强度和刚度性能均达到了设计目标。

同时，在这种轻量化设计的结构下，座椅的舒适性和稳定性也得到了提升。

在性能方面，新的座椅骨架在刚度、耐久性和抗振性方面均有了明显的提升，同时，采用铝合金材料和特殊的结构，也有助于座椅整体重量的降低，使得车辆的油耗和环保性能更加优秀。

此外，新的座椅骨架还具有其他优点，例如加工成本低、易于维修和更换、可适应多种型号的轿车等等。

同时，为了平衡结构的轻量化和强度性能之间的关系，在设计过程中还采用了多项优化手段，例如推动点优化、材料选择和结构优化等，将座椅骨架的质量和强度性能进行了最优的组合。

综上所述，对某轿车的后排座椅骨架进行了CAE分析和轻量化设计。

新的结构采用高强度铝合金材料，经过数值模拟优化，将骨架重量减少了30%以上，同时其强度、舒适性和可靠性能均得到了提升。

通过优化设计和多种优化手段的应用，使得结构的轻量化和强度性能之间达到了最佳的平衡，为轿车的性能和质量带来了进一步的提升。

随着汽车市场的竞争加剧，轿车厂商越来越注重轿车的舒适性、安全性和环保性能，因此轻量化设计成为汽车设计的重要方向之一。

在这个背景下，轿车座椅骨架的轻量化设计也越来越受到关注。

在本篇文章中，我们将介绍座椅骨架的轻量化设计和其对轿车整体性能的影响。

座椅骨架是座椅的支撑结构，通常由金属材料制成。

汽车座椅建模分析建模分析：该汽车座椅主要由“座椅座垫”和“座椅靠背”两部分组成，如图1所示。

而以上两部分又分别由3条曲线组成，因此，建模过程中主要是对这6条曲线的构建，然后用【通过曲线网格】命令进行曲面的构建。

座椅座垫的构建1、在XY平面内创建如下7个点。

2、用命令创建如下样条曲线，并退出草图。

3、在YZ平面创建如下4个点，用命令创建如下样条曲线，并退出草图。

4、在XY平面内创建如下7个点，并绘制曲线，退出草图。

5、将第3、4步的曲线分别向两侧拉伸300mm。

6、用命令创建两曲面的相交曲线。

7、在YZ平面创建如下4个点，用命令创建如下样条曲线，并退出草图。

8、在XY平面内创建如下7个点，并绘制曲线，退出草图。

9、将第7、8步的曲线分别向两侧拉伸300mm。

10、用命令创建两曲面的相交曲线。

11、隐藏相关曲线和面，只显示如下曲线结果。

注意坐标轴的方向。

12、用命令创建如下两端面的样条曲线。

13、用命令创建如下网格曲面。

14、用命令，将上下两平面进行封闭。

命令在【艺术曲面】-【N侧组】内。

15、用命令将3个曲面进行合并，并对底面用【边倒圆】命令倒R15的圆角。

座椅靠背的创建1、在YZ平面创建如下草图。

2、用【基准平面】中的“两直线”方式创建如下基准平面。

3、再次用【基准平面】中的“成一角度”方式，选择上步创建的基准平面为“平面参考”，选择较长直线为“通过轴”，角度选项中选择“垂直”创建如下基准平面。

4、在上步创建的基准平面上绘制如下草图曲线。

5、仍然在上步的基准平面上创建如下草图曲线。

6、在第2步创建的基准平面上绘制如下草图曲线，并用第3步的基准平面作为水平方向参考平面。

7、将第5、6步创建的草图曲线向两侧拉伸300mm。

8、用命令创建两曲面的相交曲线。

9、用第3步创建的基准平面创建如下草图曲线。

10、在第2步创建的基准平面上绘制如下草图曲线。

要点：以第3步创建的基准平面为“水平”方向参考平面，并注意坐标轴方向的调整。

应用Hypermesh软件进行汽车座椅强度及碰撞仿真分析随着汽车工业现代化技术的发展，汽车广泛的进入人们生活中，而汽车座椅做为与人体直接接触的部件，其舒适性和安全性的重要程度是不言而喻的。

本文应用Hypermesh软件对汽车座椅静强度及碰撞及逆行有限元仿真分析，以供参考。

标签：汽车座椅；强度；碰撞；有限元仿真分析引言近年来，随着汽车保有量的增加，汽车道路交通事故呈逐年上升趋势。

在这些事故中，座椅作为减少损伤的安全部件对乘员起到了决定性的保护作用，使其成为汽车安全性研究中的重要部件。

采用有限元仿真技术，对座椅靠背进行静强度以及碰撞冲击强度分析，可减少开发过程中设计、试验、分析和评价循环的成本，缩短研究时间。

GB15083-2006标准中要求：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。

一、汽车座椅有限元模型的建立（一）、搭建模型：用Hypermesh中的提取中面功能，抽取中面建立有限元模型，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。

图1 座椅强度分析的有限元模型其中座椅骨架采用壳单元进行网格划分，采用单元长度基准为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。

各钣金件之间的焊点和螺栓用刚性连接模拟。

建立的有限元模型共有节点个28640，壳单元23477个，体单元7718个，刚性连接694个。

利用ANSA软件LS-DYNA 模块对图1所示模型进行边界条件的加载及其属性（材料参数和厚度）定义，其中座椅骨架所用材料及厚度、直径见表1。

模型的加载过程按照标准GB15083-2006中的要求进行，发生碰撞前，行李箱模块以50km/h的初速度做减速运动，减速度为20g。

表1 座椅骨架材料（二）、边界条件的确定在进行座椅强度分析时，根据座椅与车身地板的连接形式和安装位置，在座椅骨架中锁柄连接处以及靠背与车身地面的铰接处施加约束。

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。

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。

收稿日期:2004-07-22作者简介:王宏雁(1962-),女,黑龙江哈尔滨人,工学博士,副教授.E 2mail :why 2sos @汽车座椅有限元建模与计算王宏雁,张　丹(同济大学汽车学院,上海　200092)摘要:采用“壳-体单元相结合”的方法建立座椅计算机辅助分析(CAE )模型.利用Ansys 软件计算了座垫弹性,与座椅试验的力-变形曲线对比,以验证建模与材料定义的正确性.另外还利用正面模拟碰撞中乘员的运动响应,分析了座椅材料的软硬程度对乘员伤害指标的影响.关键词:汽车座椅;有限元;建模;计算中图分类号:U 270.2 文献标识码:A 文章编号:0253-374X (2004)07-0947-05Modeling and Simulation with Finite ElementMethod in Vehicle SeatsW A N G Hong 2yan ,ZHA N G Dan(College of Automobiles ,Tongji University ,Shanghai 200092,China )Abstract :Establish the computer 2aided engineering model of car seat with the methods “shell and solid elements combining ”,calculate the elasticity of seat with pared with the “force 2distortion ”curve of seat test ,we examine the validity of modeling and the definition of materials.The influence of seat softness to the injury index of the driver in frontal crash is also discussed.Key words :car seat ;finite element method ;model building ;simulation 汽车座椅不仅要能够支撑乘员身体的重量,减轻乘员的疲劳以满足主动安全性要求,还要求能与安全带和安全气囊匹配,对乘员定位,缓解碰撞的强度,使乘员的损伤指标达到最小,以满足被动安全性要求[1].在汽车碰撞安全性模拟分析过程中,乘员约束系统的作用不可忽视,所以作为系统因素之一的汽车座椅的建模方法以及它对碰撞模拟分析精度的影响值得探讨.1　座椅模型的建立在整个有限元求解过程中最重要的环节是有限元前处理模型的建立.这一般包括几何模型、网格划分、添加约束与载荷以及定义材料等.它直接影响着碰撞仿真的计算精度和效率.建模的基本原则是准确性,为了保证计算精度,模型必须能够如实反映座椅的几何特性和力学特性.为了提高模拟计算的效率,在建模时还必须考虑单元类型、数量和质量等因素.座椅有限元模型的建立原则为(1)在保证计算目的和精度的条件下,适当简化模型.(2)合理选择单元类型,减少输入数据量和计算时间.(3)合理控制单元大小,相应分配模型单元数.1.1　壳单元的选取第32卷第7期2004年7月同济大学学报(自然科学版)JOURNAL OF TON G J I UN IVERSITY (NATURAL SCIENCE )Vol.32No.7　J ul.2004壳单元的选取应从精度、效率以及对几何型面进行离散化时的方便性和准确性加以考虑.H Y2 PERM ESH软件提供了103,104,106,108号等多种壳单元类型,座椅骨架有限元模型通常采用三角形(103号)和四边形(104号)壳单元.从几何模拟角度看,采用三角形单元进行空间型面离散化,较为灵活、方便、准确,尤其易于逼近复杂的过渡面,在许多CAD/CAM软件中常常采用三角形单元,用作基本的离散化单元,但在有限元分析中,三角形单元的计算精度和准确度较差[2].四边形单元具有较高的精度和准确度,可以有效保证座椅有限元模拟计算与实车碰撞结果的一致性,但四边形单元的计算效率比较低,需要较长机时才能完成模拟计算.建立座椅有限元模型时,尽量采用了四边形单元,尤其是对于座垫、靠背、底座骨架等关键受力部位,全部采用四边形单元划分网格;个别尺寸、形状变化较大的区域,如座椅侧两表面相交处,采用了少量三角形单元.三角单元的比例控制在占总单元数的10%以下(如图1).1.2　体单元的选取H YPERM ESH软件提供了204,206,208,210,215,220等多种体单元类型,根据国外体单元建模经验与笔者的研究结果,座垫、靠背和头枕泡沫的建模选用六面体单元(208号),质量较四面体单元好,而且计算速度快(如图2).图1　骨架底板CAE模型Fig.1　CAE model of skeletonplate图2　座椅头枕CAE模型Fig.2　CAE model of headrest1.3　单元质量的控制根据经验和计算精度的要求,确定控制单元质量原则,见表1.表1　单元质量原则T ab.1　Principle of element qu ality壳单元体单元共用参数warpage(翘曲度)<5.0°<5.0°aspect(单元长宽比)<5.0<5.0 skew(弯曲度)<60.0°<60.0°Length(单元长度)>7.5mm>20mm Jacobian(雅克比)>0.7>0.7tet collapse>0.5 tetra AR<5.0对四边形单元min angle(最小角度)>45°max angle(最大角度)<135°对三角形单元min angle(最小角度)>20°max angle(最大角度)<120°对四边形单元面min angle(最小角度)>45°max angle(最大角度)<135°对三角形单元面min angle(最小角度)>20°max angle(最大角度)<120° 座椅有限元模型如图3～5所示.1.4　模型各部分的连接座椅骨架部分构件是通过焊接装配的,这就涉及到零件焊接工艺的模拟.目前,在有限元计算中对焊接的模拟主要有杆单元连接法、公用单元法和公用节点法等3种比较成熟的方法,如图6～8所示. 公用节点法是一种比较简单的焊接模拟方法,即在焊点位置将所对应的2个零件的单元节点连接起来,两单元公用同一节点,从而模拟焊点的连接功能.杆单元连接法是指在焊点位置采用一无质量的849 同济大学学报(自然科学版)第32卷　刚性杆单元将对应位置的2个节点连接起来.刚性的杆单元约束住所连接的节点,使其具有相同的自由度,以模拟实际焊点的焊接功能,并且还可以定义杆单元承受的轴向力极限和剪切力极限,当超过极限力时,杆单元的约束功能消失,从而模拟焊点失效.公用单元法则可以单独定义公用单元的材料特性,以模拟实际焊接处的金属材料特性,同时也可定义相应的焊接失效条件,因此,这种方法可以对焊点实现精确的模拟,但是工作量十分巨大,不仅需要对焊点作专门的材料试验,而且在有限元网格处理方面也具有一定的难度.比较3种焊接模拟方法,公用单元法虽然最精确,但工作量过于巨大,而且相应的试验会大大增加研究的时间和费用,对本课题而言不适合;公用节点法精度次之,相对也较为简单,零件模型之间吻合精度较高,因公用节点产生的单元翘曲问题比较少,所以在座椅各部分连接时选用了这种方法.1.5　计算模型的定义本课题选用了PAM2CRASH软件进行模拟碰撞分析,所以在它的前处理软件中建立座椅的计算模型.1.5.1　材料参数选择座垫泡沫选用21号材料(elastic foam with hys2 teresis);座椅外包层选用103号材料(iterative elas2 tic plastic);座椅骨架壳单元采用100号材料(null material for shell element),具体参数参考国外公司提供的数据.1.5.2　接触定义人体模型与座椅的接触采用“面对面”方式,即利用软件提供的33号surface/surface接触,对假人臀部和座垫上表面之间的接触、假人背部和靠背内侧表面之间的接触作定义.座椅泡沫自接触(seat2 self)采用边缘处理自接触方式,即软件所提供的36号(self impacting with edge treatment)接触.2　座椅有限元模型的验证通过网格划分和结构连接,将整个座椅离散为4079个壳单元,2955个体单元,建立了完善的座椅CAE模型(见图9).由于座椅CAE模型是经一些简化后得到的,简化过程是否合理,各部分连接是否恰当,尤其是材料的定义是否准确,直接关系到后期碰撞模拟的真实性和可靠性.所以,必须对座椅CAE模型进行静态计算验证.厂方提供了座椅的加载与变形试验曲线,因此,模型静态计算验证实际就是利用软件进行加载与变形的模拟,考察计算数据是否与实际试验结果相符.本课题采用了Ansys软件.对单元进行定义,包括单元类型、实常数、材料特性等.其中骨架和外包壳单元选用Shell63号单元,泡沫体单元选用Solid 45号单元,见图10.根据座椅通常受力情况,对座垫内固定区域加949　第7期王宏雁,等:汽车座椅有限元建模与计算 载,见图11,每个节点受力均匀.加载节点数为132;面积为400mm ×400mm ;载荷以50N 为步长,从10N 依次增加至650N ,每次加载位置不变.对比计算与试验结果可知:模拟计算结果与试验曲线总的走势基本相符.但在同一载荷作用下,模拟计算的座椅泡沫变形量比真实座椅产生的变形要大一些.在载荷为600N 时,最大相对误差为29.8%(见图12).说明模型对座垫泡沫材料的定义偏软.图12　计算结果与试验曲线对比Fig.12　Curve comparison betw een simulation and test3　座椅材料的软硬程度对碰撞安全性分析的影响 如前所述,在座椅的计算模型建立过程中,座椅材料的定义由于没有试验条件,所以参考了国外汽车公司的试验和经验数据,静态计算结果也表明,所定义的材料偏软.因此必须对材料参数是否会影响最终的整车乘员约束系统的运动响应模拟分析精度[3]进行研究.笔者通过对比不同的座垫泡沫材料在碰撞时对乘员造成的伤害指标,来验证座垫泡沫材料定义的可靠性.根据国家标准,选取假人头部伤害指标I HIC 值、胸部综合加速度a 3ms 、大腿轴向受力F 等3项伤害指标作为评价标准.应用Pam 2crash 软件输入现有座椅泡沫材料,进行正面模拟碰撞,得到乘员的3项伤害指标.然后,用乘员的定位参数定义,在不改变乘员初始定位H 点坐标的前提下,改变座椅座垫泡沫的材料特性,保持应变相同,分别将应力值增加至原来的2倍或者减少至原来的1/2,再次进行模拟碰撞,得到乘员的伤害指标与原来的数值进行比较.3种不同材料对乘员的伤害指标的变化规律,见图13～15.图13　I HIC 值及加速度曲线Fig.13　Curve of I HIC and acceleration59 同济大学学报(自然科学版)第32卷　图14　a 3ms 值及加速度曲线Fig.14　Curve of a 3ms andacceleration图15　腿部受力曲线Fig.15　Axial force curve of the leg 通过以上3种指标的比较,可以看出它们的最大峰值和出现的时间历程都相差无几,由此可知:若座椅泡沫材料相同,仅它的软硬程度不同,对于正面模拟碰撞中乘员的伤害程度的影响很小.其原因在于:座椅的软硬程度的改变,主要影响到了乘员在垂直方向受到的作用力,对正面碰撞过程中乘员由于惯性产生的纵向运动影响不大.图16所示的是在正面碰撞过程中,座椅受最大纵向碰撞力和乘员重力作用下的变形模拟情况.图16　70ms 时座椅变形形状Fig.16　Deform shape at 70ms4　结论采用“体-壳”结合的方法对汽车座椅进行有限元建模的研究是成功的,经试验验证和计算研究这种方法独特且有效,所建模型合理可靠.总的来说,座椅在整车运算过程中,值得注意的因素是体单元质量,提高六面体单元的比例能保证运算的稳定性;其次是材料的定义问题,应与静态试验结果尽量吻合,运算更合理.参考文献:[1]　姚卫民,孙丹丹.汽车座椅系统安全性综述[J ].汽车技术,2002,(8):5-8.[2]　高广军.有限元三维实体与壳单元的组合建模问题研究[J ].中国铁道科学,2002,23(3):52-54.[3]　龚　剑,张金换,黄世霖,等.PAM 2CRASH 碰撞模拟中主要控制参数影响的分析[J ].振动与冲击,2002,21(3):18-20.(编辑:张　弘)159　第7期王宏雁,等:汽车座椅有限元建模与计算。

1 汽车座椅的设计参数1.1 座椅的实体模型及相应参数各种设备和工具等设计对象在适合于人的使用方面，首先涉及的问题是适合人的形态和功能范围的限度。

例如，一切操纵设备都应设在人的肢体活动所能及的范围之内，其高低位置必须与人体相应部位的高低位置相适应，而且应尽可能设在人操作方面、反应最灵活的范围之内。

所以研究人体尺寸模型—用人体模型描述人体尺度是非常有必要的。

首先其座椅实体模型如下图：图1.1座椅实物图国家标准GB 10000-88《中国成年人人体尺寸》按照人机工程学的要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数据。

标准中共给出了7类47项人体尺寸基本数据。

人体的主要尺寸包括身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长等6项。

根据有关统计数据，我国人体基本尺寸见如下表1-1表1-1我国人体基本尺寸单位：mm尺寸名称尺寸数值尺寸名称尺寸数值男女男女并且国家标准规定了不同身高等级的成年人坐姿功能尺寸设计的基本条件、功能尺寸、关节功能活动角度、设计图和使用要求。

主要用人体模版来设计和确定坐姿条件下的座椅、工作面、支撑面、调节配件配置是的功效学要求。

进行座椅设计，不能不考虑室内特定的范围和环境。

人体关节的舒适性是进行座椅设计的主要考虑因素。

图1-2表示的是人体各关节之间的关系。

下图1-2为舒适的坐姿关节角度图1.2舒适坐姿角度图1.2 座椅设计的主要要求以及参数座椅的设计要求：有良好的静态特性，即:座椅的尺寸和形状应使人体具有合适的坐姿，良好的体压分布，触感良好，并能调整尺寸与位置，以保证乘坐稳定、舒适，操作方便；有良好的动态特性，以缓和与衰减有车身传来的冲击和振动，保证乘员能较长时间保持坐姿而不感到疲劳。

结构紧凑，外形与色彩应美观、大方，与车身内饰相协调，并尽可能减轻房量，降低成本，有良好的结构工艺性。

座椅设计的主要参数有：座垫深度、座垫宽度、座垫高度、座垫角度、座垫与靠背的夹角、靠背宽度、靠背高度。

1、椅面高度：椅面高度应使乘员员大腿接近水平、小腿自然放置，根据经验取高度为350mm。

商用车司机座椅骨架有限元建模与优化林祖胜;兰靛靛;邓兵【期刊名称】《厦门理工学院学报》【年(卷),期】2014(22)5【摘要】A detailed finite element model of a commercial vehicle driver’s seat frame was established by taking shell element as basic unit. Loads and constraints were applied according to GB 15083—2006 and an optimum design scheme was put forward according to the results of static strength analysis. The strength of optimum seat frame was verified to improve significantly to fully meet the requirements of national standards.%为分析商用车司机座椅的安全性，基于逆向工程原理，利用Hypermesh建立以壳单元为基本单元的座椅骨架有限元模型。

根据GB 15083—2006规定施加载荷和约束，通过对座椅骨架静强度仿真分析提出结构优化方案并进行可行性试验验证。

结果表明，优化后的座椅骨架强度满足国标要求，优化效果明显。

【总页数】4页(P21-24)【作者】林祖胜;兰靛靛;邓兵【作者单位】厦门理工学院机械与汽车工程学院，福建厦门361024;厦门理工学院机械与汽车工程学院，福建厦门361024;厦门金龙汽车座椅有限公司，福建厦门361022【正文语种】中文【中图分类】U463.83【相关文献】1.基于对标分析的商用车司机座椅优化设计 [J], 刘伟;邓翔;王喆琼;王丽芳;陈平2.轿车司机座椅骨架侧板成型工艺分析及模具设计 [J], 李萍;姜永成;张成龙;孙忠伟;谢风伟3.某型商用车司机座椅振动特性研究与优化 [J], 陈志宁;周洪威;刘夫云;李雪梅;常青青4.轿车主副司机座椅骨架中侧板成型工艺及模具设计 [J], 曲静5.汽车司机座椅骨架的运输包装优化 [J], 黄秀玲;楼恩;李明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

与低速轴联接起来[2]。

电机；②箱体；③涡轮；④垫片；⑤十字挡圈；⑥十字滑块；⑧内齿轮及输出齿；⑨箱盖.图1驱动器结构爆炸图图2K-H-V (N )型少齿差行星齿轮传动几何模型及有限元模型3有限元计算结果分析重点分析驱动器中塑料箱体、金属十字滑块以及金属——————————————倪晨锋（1991-），男，湖北天门人，硕士生，电机和驱动器结构优化设计；饶东海（1991-者），男，河南南阳人，硕士生，主要从事噪音与振动控制研究。

金属十字滑块和十字挡圈几何结构原始和优化方案的对比从表3结果可以看出：原始结构的最大输出扭矩为150N.m ，优化后结构输出扭矩为220N.m ，比原始增大了70N.m ，满足180N.m 的设计要求。

原始优化最大应力/MPa最大应力/MPa 输出扭矩/N.m 塑料箱体金属十字滑块140.971193.5142.78260表3关键零部件最大应力以及输出扭矩图5扭矩和转角测试设备及随着加载时间的变化图编号转动方向扭矩/N.m 转角/°1#2#3#7#8#9#CW CW CW CCW CCW CCW227.9226.1187201.3204.218513.811.912.311.714.514.3表4力学强度测试结果5结论本文基于ANSYS Workbench 平台对汽车座椅抬高调节驱动器进行有限元强度分析，根据应力分布的特点，提出了提高材料强度和局部尺寸优化的方案。

结果表明：优化后结构的输出扭矩比原始的增大了70N.m ，满足了设计图4关键零部件应力云图reducer with small tooth difference.Wu S，He W,Zhang Y,et al. Academic Journal of Manufacturing Engineering.2018. [7]翟聪.新型渐开线少齿差行星减速器的优化设计研究[D].机械科学研究总院，2017.[8]刘丹，唐德威，邓宗全，姜生元.少齿差齿轮传动承载能力分析及体积优化[J].机械设计与制造，2012（12）.[9]陈世超，易伟，李程.动态扭矩检测技术研究[J].中国测试，2016（11）.。

CREO有限元分析实例CREO是由PTC公司开发的一款集CAD、CAM和CAE于一体的三维产品设计软件。

其中，有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是CAE模块的一部分，可用于对设计产品在边界条件下的应力、变形、振动等进行分析和验证。

下面是一个关于如何使用CREO进行有限元分析的实例，详细描述了具体的步骤和应用场景。

首先，我们需要在CREO中进行三维建模，绘制出座椅底座的几何模型。

可以使用CREO的绘图工具，根据设计要求确定座椅的外形和尺寸。

在绘制完成后，进行模型的几何修复和优化，以确保模型的完整性和正确性。

然后，我们需要对模型进行网格划分。

在有限元分析中，模型需要被离散化为有限个子单元，形成网格。

CREO提供了丰富的网格划分工具，可以根据实际需求选择合适的划分方法和参数。

划分完成后，可以通过查看网格质量指标，对划分的效果进行评估和调整。

接下来，我们需要定义材料特性和边界条件。

在CREO的材料库中，可以选择合适的材料类型，并对其力学特性进行设定。

对于座椅底座，可以选择钢、铝等常见材料。

然后，我们需要定义加载条件和约束条件。

例如，对于强度分析，可以定义在底座四个支撑点施加垂直向下的载荷，同时对底板固定不动。

确定了材料特性和边界条件后，可以进行有限元分析的设置。

在CREO中，可以选择合适的分析类型和求解方法。

对于座椅底座的强度分析，可以选择静力分析或非线性分析，并选择适当的求解器和收敛准则。

设置完成后，可以进行求解，得到应力、变形等分析结果。

最后，我们需要对分析结果进行评估和优化。

在CREO中，可以通过查看应力云图、变形图等来直观地了解座椅底座的强度和刚度情况。

如果发现一些部位应力较大、变形较大，可以进行模型和结构的优化。

例如，可以尝试增加支撑柱的数量和截面积，以提高整体的强度性能。

综上所述，通过使用CREO进行有限元分析，我们可以对设计产品的强度、刚度等进行准确的验证和优化。

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。

2021.13科学技术创新矿用车辆座椅有限元仿真分析侯尧花1，2（1、中国煤炭科工集团太原研究院，山西太原0300062、山西天地煤机装备有限公司，山西太原030006）矿用轻型车主要用来完成煤矿人员的辅助运输工作，它通常行驶在坑坑洼洼的泥石路面，由于矿用车辆的悬挂减振系统主要利用钢板弹簧，因此地面传递到车身的振动能量非常大，特别是快速行驶的时候[1-2]。

座椅的主要作用就是为车辆驾驶人员提供一个固定驾驶的作用，它是连接驾驶员与轻型车底盘的重要部件，它的结构特性直接影响着煤矿司机和矿工人员乘坐舒适性问题，学者周艾利用JACK 仿真技术，完成对工业搬运车座椅虚拟模型仿真分析，并结合人机工程学原理分析驾驶员所处的人-机-环境系统，王淑芬[4]利用人机工程完成了座椅的拓扑优化设计，完成对座椅减重20%的设计目标，梁文峻对公交座椅的液压系统进行了分析，解决了扶手和升降机构的协调性问题，不少学者对动车座椅和乘用车的座椅骨架进行了强度设计分析，但是对矿用车辆的随机振动几乎没有相关的分析。

座椅的结构主要以座椅的骨架来进行整体的受力支撑，不少国内外学者进行了相关的研究分析，主要集中于不同环境下的作业车辆，包括商务车辆、家用车辆、工程机械车辆等[3]，结构动态特性是汽车座椅骨架性能提升时需要重点关注的问题，研究座椅骨架动态特性对车辆座椅设计有着重要意义。

一般学者研究假设将座椅简化为多自由度弹簧-阻尼和质量块形式，一定程度上不能非常准确反应动态特性对运人车座椅影响，本研究方向结合路面和整车的受迫振动影响对其进行模态分析、随机振动和疲劳响应分析，为汽车座椅骨架结构设计和整车动态特性的优化设计提供参考。

1轻型车有限元仿真分析矿用轻型防爆柴油机无轨胶轮运输车辆在井下无轨辅助运输中所起的作用越来越大，座椅提供给驾驶员一定的支撑作用。

座椅整体所受到的外部力学特性复杂，包括人体对它的纵向压力和横向冲击力，因此其固定腿和承座面动态破坏。

基于ANSYS轻量化客室车座椅的有限元分析摘要：以地铁车辆纵向6人悬挂式客室车座椅为研究对象，应用ANSYS Workbench 13.0有限元软件分别对地铁车辆车体与两根支架支撑的客室车座椅结构，以及车体与三根支架支撑的客室车座椅结构，建立座椅强度结构性能分析的有限元模型，找出理论上客室车座椅的薄弱点，并对两种情况下客室车座椅安全性进行了分析。

关键词：ANSYS；客室车座椅；轻量化；有限元0、引言大都市的市区地表面积十分有限，地面交通十分拥挤，造成许多问题。

如果将铁路建于地面以下，可以很好地利用地下空间从而大大节省地面空间，同时还可以有效减少地面的噪音，因此，近几年来地铁发展很快。

客室车座椅作为地铁车辆中重要的组成部分，其承载结构的轻量化研究成为降低地铁运营成本不可或缺的一部分。

客室车座椅的轻量化是一项艰巨的工程。

设计减轻客室车座椅的自重，是在确保客室车座椅的强度、刚度和稳定性的前提下，尽量实现客室车座椅的承载结构的轻量化。

1、两种情况下客室车座椅结构的有限元模型1.1 客室车座椅结构本文以地铁车辆中纵向分布的6人悬挂式客室车座椅为研究对象进行分析，该客室车座椅与车体通过螺栓连接为一个整体结构，座椅主要由椅面、座椅骨架、端板、椅面加强筋等部分组成，座椅通过连接件用螺栓与车体部分连接。

椅面的作用是提供舒适的乘坐界面，骨架的作用是提供安全的承载结构，端板的作用是提供美观的造型和隔断。

1.2 客室车座椅几何结构模型客室车座椅几何模型的创建是对其进行有限元分析的基础，在对客室车座椅结构进行有限元分析前必须对其建立有效的座椅几何模型，为了保证产品设计的准确性，本文采用AutoCAD与Pro/E软件配合使用进行产品的三维造型及结构设计。

首先利用CAD进行座椅前期二维工程图的设计，然后结合Pro/E软件对客室车座椅进行三维软件实体建模。

由于文中的客室车座椅为左右完全对称的结构，受载部位为整个座椅且座椅整体结构受力均匀，为了减少座椅结构有限元分析的计算量，简化座椅几何模型，取客室车座椅结构的1/2几何建模。

《模具CAD》课程作业基于ANSYS的座椅受力分析姓名：柯友文学号/序号：2009107111班级：20091071三峡大学机械与材料学院座椅是人们平时用的最为普通的，研究座椅在受力作用下，内部发生的如何应变，应力的分布。

从而比较人们传统观念的椅子的损坏情况！椅子的腿容易坏掉与椅面脱离，椅面中心处容易折断！1 座椅建模PROE中画的模拟的模型，与实际差别很大。

座面长 50 宽 40（MM）厚度5（MM），椅腿半径6（MM），高度35（MM）。

但是我们假设一个人重50千克，坐在这个椅面10倍的面上，那么椅子承受的压强为：50*10/（0.5*0.4）=2500PA2 座椅的有限元模型有限元模型单元类型：Solid 185材料属性：45钢，EX=2.06E5Mpa ，Prxy=0.3网格划分：自由划分，控制全局单元大小为10mm，数目620123 载荷和约束加载说明载荷和约束大小及加载位置：4个脚端面的全约束，上端面的面载荷p=5Mpa（计算上的2倍）S O L U T I O N O P T I O N SPROBLEM DIMENSIONALITY. . . . . . . . . . . . .3-D DEGREES OF FREEDOM. . . . . . UX UY UZANALYSIS TYPE . . . . . . . . . . . . . . . . .STATIC (STEADY-STATE) GLOBALLY ASSEMBLED MATRIX . . . . . . . . . . .SYMMETRICL O A D S T E P O P T I O N SLOAD STEP NUMBER. . . . . . . . . . . . . . . . 1TIME AT END OF THE LOAD STEP. . . . . . . . . . 1.0000NUMBER OF SUBSTEPS. . . . . . . . . . . . . . . 1STEP CHANGE BOUNDARY CONDITIONS . . . . . . . . NOPRINT OUTPUT CONTROLS . . . . . . . . . . . . .NO PRINTOUTDATABASE OUTPUT CONTROLS. . . . . . . . . . . .ALL DATA WRITTEN4 分析结果由下图中显示最大的应变出现的位置椅腿边沿与座板接触处。

基于有限元法的汽车座椅疲劳寿命预测研究随着汽车工业的不断发展，安全和舒适性成为了汽车设计中不可或缺的考量因素。

而汽车座椅作为车内主要的接触点，其设计合理与否直接影响着乘客的体验和安全。

特别是长时间驾驶和乘坐，座椅的设计更需要考虑到疲劳寿命，即在一定时间内座椅是否能够保持正常的使用性能，不产生塌陷和裂纹等缺陷。

因此，对于座椅结构以及材料的疲劳寿命进行预测和评估，对于汽车座椅的设计和制造具有重要意义。

有限元方法是一种数值计算方法，广泛应用于结构分析领域。

在汽车座椅设计与评估中，有限元方法也是一种较为常用的分析手段。

有限元方法的实质是将待分析的结构离散成许多有限个小部分，然后通过数值计算逐步求解整个结构。

因此，基于有限元法对汽车座椅进行疲劳寿命预测，需要首先对座椅进行三维建模，然后通过计算机模拟座椅的载荷、位移、应变等参数，在疲劳载荷作用下分析座椅的疲劳寿命，从而得到座椅的疲劳寿命预测结果。

在座椅疲劳寿命预测中，座椅的材料是一个重要的因素，它影响着座椅的强度和刚度等机械性能。

不同材料的性能不同，需要对应不同的疲劳寿命预测方法。

如钢材的疲劳寿命预测可以基于S-N曲线，而塑料材料的预测需要考虑到裂纹扩展等因素。

除了材料因素外，座椅的结构也是影响其疲劳寿命的重要因素。

座椅的结构包括骨架、填充物、面料等部分，在不同的结构部分应用不同的有限元分析方法。

例如，在座椅骨架部分可以采用动态模态分析方法，以及疲劳周期分析、应变互作用方法等分析方法；在填充物部分可以采用三维模型与有限元模拟方法，以及静态分析、动态分析等方法；在面料部分可以采用逆向有限元方法，对座垫和座背表面的应力分布等参数进行分析。

在疲劳寿命预测中，还需要考虑到座椅使用过程中不同的载荷状况，例如静态载荷、动态载荷、剪切载荷、扭转载荷等。

同时，在座椅使用过程中，不可避免地会产生各种因素的影响，如温度、湿度、振动、磨损等，这些因素也需要考虑到，从而精确地评估座椅的疲劳寿命。

个体化汽车坐垫设计及有限元分析的开题报告一、选题背景和意义汽车作为现代人们生活中不可或缺的交通工具，其舒适性和安全性是车辆设计的重要考虑因素。

而在整个汽车座椅设备中，座垫是最接近人体的部分，因此其人性化设计对于驾乘者的长时间健康和舒适具有重要意义。

目前市场上汽车座椅常常采用标准化设计，未能满足不同人群的需求，而个体化座垫设计可以通过测量乘客身体的各项数据，根据人体工程学原理制定相应的座椅设计方案，以达到人体最佳支撑和保护效果。

本研究旨在通过对乘客身体数据采集和有限元分析模拟，研究得到不同体型人群的个体化座垫设计方案，并对设计方案进行有效性验证以及优化，以期提高汽车座垫的舒适性和安全性，为汽车座椅行业的技术创新提供有力支持。

二、研究内容和思路本研究主要包括以下内容：1、乘客身体数据采集。

通过测量乘客身体各项数据，如体重、身高、臀围等指标，以及对相关人体部位进行检测，如脊柱、骨盆等，获得不同体型人群的人体数据。

2、座垫有限元分析模拟。

基于SolidWorks、ABAQUS等软件平台，建立不同体型人群的座垫有限元模型进行模拟分析，并得出不同部位在驾乘过程中的受力情况分布，以及不同体型驾乘者的舒适性和安全性水平。

3、个体化座垫设计方案制定。

依据分析结果，通过CAD软件进行个体化座垫设计方案的制定，如座垫壳体的设计、填充材料选择等等，并受到人体工程学原理的制约。

4、座垫设计方案优化。

通过对设计方案的有效性验证，进一步优化方案，以提高座垫舒适性和安全性。

三、预期成果和意义本研究的预期成果是：1、建立不同体型人群的座垫有限元模型，分析不同部位的受力情况分布，识别座垫设计中存在的问题。

2、制定不同体型人群的个体化座垫设计方案，达到最佳人体支撑和保护效果。

3、进行座垫设计方案的有效性验证，并加以优化。

本研究的意义在于：1、促进汽车座椅设计的技术创新，为汽车行业提供新的思路和方法。

2、提高汽车座椅的舒适性和安全性，满足不同体型人群的需求，提升驾乘者的体验感和健康水平。

基于CAE仿真技术的汽车座椅设计与分析随着现代汽车工业的快速发展，汽车座椅的设计变得越来越复杂，需要考虑的因素也越来越多。

从顾客的舒适性到安全性，从质量到成本效益，这些因素必须在设计和生产过程中得到充分的考虑。

而在这个过程中，基于计算机辅助工程（CAE）仿真技术的应用越来越受到人们的关注，成为了优化汽车座椅设计和提高座椅性能的重要工具。

第一部分：汽车座椅设计的重要性汽车座椅对于驾驶员和乘客的舒适和安全都非常重要。

座椅不仅需要舒适，而且需要为用户提供良好的支撑感和头部、颈部和腰部的支撑，从而帮助他们在长时间的驾驶或乘坐过程中保持姿势的正确性。

此外，汽车座椅还必须满足一些安全性要求，如碰撞测试等。

同时，设计还应考虑成本效益，以确保在生产过程中能够批量生产。

第二部分：CAE仿真技术在汽车座椅设计中的应用CAE仿真技术是通过计算机辅助设计软件对汽车座椅的结构、材料、质量等因素进行模拟分析的技术。

CAE可以使用有限元分析（FEA）、计算流体力学（CFD）、多物理场仿真等多种方法对座椅的性能进行评估，从而帮助设计师更好地理解设计的影响因素，并优化设计。

CAE可以对各种座椅模型进行动态、静态和疲劳分析，以确保在行驶中安全和舒适。

些分析包括材料特性、座椅结构和几何形状，以及规定的力和振动的影响。

CAE分析甚至也包括了不同座椅制造的多项技术比较，以吸取其他制造方案的长处，减小缺陷。

第三部分：CAE仿真技术在汽车座椅设计中的优势CAE仿真技术在汽车座椅设计中的优势非常明显。

首先，通过CAE，设计师可以利用实时数据进行准确预测，避免在生产过程中出现问题。

其次，CAE可以更快地实现汽车座椅的设计和开发，进一步加快了座椅新产品的推出速度。

除此之外，CAE还可以在新产品开发过程中提高设计质量、优化各种参数，减少制造成本，这些都是传统实验、测试的手段所达不到的效果。

总结：在汽车座椅的设计和生产过程中，基于CAE仿真技术的应用将成为汽车制造业不可或缺的工具。