汽车座椅头冲吸能实验仿真：深度解析与计算

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本案例运用hypermesh和lsdyna联合仿真，主要是针对某座椅进行的头冲吸能实验的仿真计算。这个工况考察座椅背部的塑料件的破坏情况，以及头部模块的加速度情况，达到保护人头部的效果。

本案例用户可以学习到：

1、螺栓预紧力的施加
2、单面接触的设置
3、面面接触的设置
4、头冲吸能工况的设置
5、hyperview后处理 结果显示
6、要求读者有一定的hypermesh 和lsdyna基础

一、概述

汽车座椅要求给司乘人员提供便于操作，舒适安全的驾驶、乘坐位置。座椅必须安全可靠，应有足够的强度、刚度 与耐久性，结构紧凑并尽可能地减少质量。为满足司乘人员舒适行所设置的各种调节机构，要有可靠的的锁止装置，以确保安全。

本文利用lsdyna软件模拟人头部撞击座椅的过程，关注座椅背部塑料件的破坏情况以及假人头部加速度情况是否满足法规。为座椅背部塑料件设计提供参考依据。

二、有限元 模型的搭建

1、座椅网格的建立

根据自己电脑性能，选择合适的网格尺寸划分网格。本文利用hypermesh进行座椅几何数模的中面抽取，网格尺寸为4mm。因为重点考察的是座椅背部的塑料背板，所以背板塑料件需要详细建模 ，网格尺寸控制在2mm。如图1 和图2所示。

图1

图2

座椅本身的焊接均采用可变形焊点梁进行模拟，如图3所示，螺栓连接采用螺栓的简化建模，如图4所示

图3

图4

2、材料属性

根据设计人员提供的BOM表 信息，正确定义每个组件的材料和厚度。金属件材料选用分段线性塑性本构模型(Mat24)，输入密度、弹性模量 ，泊松比以及应力应变曲线 （保密需要，不提供）。如图5所示

图5

因塑料件材料参数获取的困难性，塑料件的材料本构模型也采用Mat24,如图6所示

图6

3、导入头冲模块并定位

导入头冲模块，输入模块的参数，如图7所示

图7

根据《GB 11550-2009 汽车座椅头枕强度要求和试验方法》法规，确定撞击点，正确摆放头冲模块位置，如图8

图8

三、接触设置及边界条件

1、座椅自身的单面接触设置

由于本工况是一个冲击过程，无法预估哪些部位产生接触，所以把整个座椅的组件都设置单面接触，避免遗漏接触。单面接触设置参数如图9所示

图9

2、座椅与头部模型的面面接触设置

考虑到能提取出头冲模型与座椅撞击点的接触力，单面接触无法输出接触力，所以这里设置为面面接触，参数如图10所示

图10

3、螺栓预紧力 的加载，如图11所示

图11

4、地板的固定约束

地板的固定约束 ，有两种约束方式

第一种，约束安装螺栓孔的自由度，关键字为Bound_Spc

第二种，把地板设置为刚体 ，在材料中约束刚体的自由度，如图12所示

图12

四、仿真结果

1、接触力（Binout->rcforc）

2、仿真动画

3、塑料件应变

4、头型加速度曲线(binout->nodout)

五、结论

由以上结果可以得出：

1、塑料背板没有破碎飞出风险。
2、3毫秒脉宽加速度峰值为41.4g,未超过80g,满足法规要求。

作者：吴老师，仿真秀科普作者。

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