基于拓扑优化的复合材料汽车座椅骨架设计

为满足汽车座椅轻量化和安全性的需求,综合采用轻量化材料和结构拓扑优化设计技术,提出了一种碳纤维复合材料乘用车座椅设计方法.新型座椅骨架由碳纤维层合板外壳和短切碳纤维加强筋两部分组成.首先,为提高座椅结构刚度和稳定性,利用结构拓扑优化技术在碳纤维层合板外壳区域内布置合理的加强筋,然后,通过优化碳纤维层合板外壳,提高结构整体刚度,降低骨架质量.结果表明,与参考钢制骨架相比,新型座椅骨架不仅整体刚度得到大幅提升,而且质量减少了30.72%,有显著的轻量化效果.     

直升机后向座椅的适坠性仿真分析

针对航空座椅的动态冲击试验，目的是更好承受紧急着陆事件和保护乘员安全，但是适航认证的物理动态测试成本过高。采用有限元法建立出合适的航空座椅/假人系统的有限元模型，根据CCAR 27部规章添加边界条件和地板变形进行座椅适坠性的仿真分析。通过与物理试验的结果对比，具有良好的一致性。在垂直冲击下，假人腰椎受到损伤最为严重；座椅板会出现与外框架的连接脱落；连接的滑动螺栓在保护乘客方面不够可靠；地板的变形会对座椅结构进一步产生破坏。然后利用有限元分析研究了第95百分位假人在飞机乘客座位上的影响，与50百分位的假人相比，假人损伤增加15-25%，座椅负荷增加10-20%。为了提高座椅对乘客保护能力，提出座椅改进设计方案，为同类型产品研发提供指导。     

垂向强冲击载荷下车辆缓冲座椅的安全带系统防护性能分析及优化

针对特种车辆受到垂向强冲击时缓冲座椅的安全带系统防护性能进行研究,建立了地板-座椅-乘员系统的有限元模型,对驾驶室地板结构施加冲击位移输入,应用数值仿真方法比较分析了缓冲座椅分别匹配两点式、三点式、四点式和六点式安全带时对乘员的约束效能。在垂向强冲击载荷下,具有六点式安全带的缓冲座椅可有效地减小腰椎轴向压力峰值,同时降低乘员与车身结构发生冲击碰撞的可能性。进一步对六点式安全带的预紧特性和限力特性参数进行了多设计方案分析和优化,具有匹配优化后的预紧特性和限力特性的六点式安全带可使乘员的腰椎轴向压力峰值比优化前降低10.7%,比三点式安全带显著地提高了缓冲座椅抗垂向强冲击的安全性。     

基于颈椎动力学响应的座椅被动安全性研究

为研究汽车后碰撞中不同的座椅靠背结构对颈部损伤的影响,基于人体解剖学和实际座椅测量数据构建了人–座椅系统有限元模型.通过后碰撞仿真模拟,得到采用不同座椅靠背时人体颈椎的应力应变响应数据,以此数据为依据进行对比分析,找出了发生事故时对汽车乘员保护性能较好的一款座椅靠背骨架结构,或可为座椅的被动安全性设计提供一种行之有效的新思路.     

镁合金在座椅骨架轻量化设计中的应用

对某国产车型的后座椅骨架进行了镁合金替代设计,提出采用镁合金挤压型材和冲压板件结合的一件式结构,使座椅骨架的质量减轻41.3%,实现了轻量化的目标.利用有限元软件对原结构和新设计方案分别进行数值计算,保证新设计座椅骨架结构的模态、强度和刚度等性能指标均达到相关法规要求.     

商用车司机座椅骨架有限元建模与优化

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.     

汽车座椅强度及碰撞仿真分析

应用Hypermesh软件构建某国产微型车座椅骨架的有限元模型,根据GB 15083-1994<汽车座椅系统强度要求及试验方法>的有关规定对座椅靠背进行强度及碰撞仿真分析,利用Nastran计算静强度,用Ls_dyna计算碰撞冲击强度,找出该座椅靠背的应力集中位置.经过分析表明座椅靠背在受到静载荷及外来冲击力时,应力分布较均匀,最大应力处属局部应力集中,最大变形位置对座椅的安全性影响不大.     

一种新型上部结构的客车侧翻安全性分析

以某传统"五大片"式客车车身上部结构为基础,设计一种新型整体式"U"型梁客车车身上部结构.根据ECE R66法规要求,建立了2种车身上部结构方案的整车侧翻有限元模型.对客车车身局部骨架刚度试验进行模拟分析,检验了模拟计算的可靠性.采用显式非线性有限元求解器LS_DYNA对客车侧翻过程进行模拟分析.利用ADAMS软件计算出客车侧翻撞击地面时的线速度和角速度,作为侧翻模拟分析的初始条件.研究结果表明,两种车身上部结构方案的客车都能满足ECE R66法规关于乘员生存空间的要求;与传统"五大片"式客车相比,整体式"U"型梁客车车身上部结构将更多的碰撞能量传递给顶盖骨架和非碰撞侧侧围骨架,使得碰撞侧侧围骨架吸能减少,侧窗立柱的变形量减小,提高了客车的侧翻安全性.     

炸药地面爆炸条件下土中浅埋结构上荷载的作用特点

为了研究炸药地面爆炸条件下土中压缩波的波系分布,确定作用在土中结构上的地冲击荷载特点,以典型的土中浅埋结构为例,采用数值模方法,应用LS-DYNA有限元分析软件并结合阿列克辛柯试验现象,对炸药地面爆炸作用下浅地表波场的分布以及作用到土中结构上的荷载进行数值模拟和分析。研究结果表明,典型土中浅埋结构的顶板主要承受空气冲击波引起的间接地冲击荷载的作用,外墙主要承受直接地冲击荷载的作用。     

轴对称零件高温热冲击动态热应力分析

采用泛函分析法，导出非定常温度场热弹性轴对称问题的线性时空有限元基本方程，并开发了预测轴对称零件承受高温热冲击载荷时热弹性动态应力分布的分析软件。在传热方程中不考虑热耦合项的情况下，建立了轴对称零件承受高温热冲击载荷时的有限元分析理论和离散模型。     

基于刚性座椅的航空可替代坐垫动态冲击试验方法研究

为以低成本代价测试航空可替代坐垫的动态冲击力学特性,本文利用结构水平冲击试验台系统,建立了基于刚性座椅的航空可替代坐垫动态冲击试验方法,并利用所建立的双人位刚性座椅进行了两型航空替代坐垫(91-01106B331-0-XY型和1003089-001-XY型)的垂向14 g动态冲击试验,测试了坐垫的动态冲击力学性能。结果表明,试验方法可行有效; 座椅系统结构可靠,仿真假人经历了前倾再回弹的过程;两型坐垫都满足CCAR-25-R4适航规范要求,这可为航空可替代坐垫动态冲击力学性能的适航验证工作提供一定的参考价值。     

轻型客车乘员约束系统的模拟计算

在轻型客车正面碰撞过程中,乘员容易受到严重的伤害,优化其乘员约束系统可以得到较好的保护效果。利用有限元软件PAM-CRASH建立了包含座椅、安全带、仪表板及转向系统在内的某轻型客车乘员约束系统的分析模型,并通过试验验证了模型的有效性。在大量数值计算的基础上,运用试验设计方法,得到优化设计方案。经过优化匹配,乘员的头部伤害指标HIC降低了51%,并且满足了中国汽车正面碰撞安全法规的要求。实车试验也很好地验证了改进的效果。该研究方法可以推广应用于其他车型乘员约束系统的优化设计。     

非漂浮型和漂浮型航空座椅垫动态压缩力学性能研究

为研究航空座椅垫的动态压缩力学性能,基于非漂浮型和漂浮型两型航空座椅垫,考虑4种非漂浮层材料密度和4种漂浮层材料占比的影响,通过电子万能实验机与高速液压伺服实验机开展准静态和动态压缩特性实验,研究座椅垫的变形过程、率敏感性、能量吸收和能量损耗等变化规律。结果表明：航空座椅垫压缩实验重复性较好;座椅垫材料具有明显的非线性特性、迟滞效应与超弹性特性,且弹性模量较小;座椅垫材料率敏感性较为明显,应变率参数与非漂浮层密度正相关,与漂浮层占比负相关;峰值能量与应变率、漂浮层占比及非漂浮层密度均正相关;能量损耗百分比与应变率正相关,与漂浮层占比和非漂浮层密度负相关,且漂浮层材料占比起主导作用。     

基于独立碰撞工况的儿童约束系统参数优化

为实现获得专利的集成式儿童安全座椅在碰撞事故中对乘员的最佳保护,以6岁儿童乘员为研究对象,采用经验证的约束系统模型,在正碰、侧碰和追尾等3种汽车碰撞工况下,分别结合拉丁超立方、正交、均匀试验设计方案和多项式响应面代理模型的方法,对座椅高度和座垫深度等设计参数进行碰撞仿真分析和优化设计.仿真试验结果表明,优化后约束系统儿童乘员损伤值在3种独立的碰撞工况下均有显著下降.     

内置式儿童安全座椅侧面碰撞安全性研究

建立了一款置于汽车后排中间位置的内置式儿童安全座椅模型,采用MADYMO与LS-DYNA耦合的方法进行仿真计算,并对该模型进行滑车试验验证.首先对无扶手、面式扶手、杆式扶手以及面式扶手及侧翼相结合的4种不同类型的座椅进行侧面碰撞仿真试验,其次对扶手高度不同的座椅模型进行侧面碰撞仿真试验,最后对仿真结果进行对比分析.结果表明,扶手能限制儿童乘员从座垫滑落而有效避免安全带约束儿童颈部造成的窒息死亡,侧翼能有效保护儿童乘员的颈部和胸部,侧翼和扶手组合式儿童安全座椅模型保护效果最好;扶手高度适中的座椅能对儿童乘员提供最好的保护.     

汽车人机接触界面体压分布的实验与评价研究

针对汽车驾驶人机接触界面中的乘坐舒适性问题，依据人体生理学、解剖学和生物力学原理，通过对臀部和股区的解剖结构分析，提出了汽车人机界面的舒适体压分布的一般准则．在研制的汽车乘驾体位生物力学特性实验台上，进行了汽车驾驶环境的人机界面的体压分布实验和主观评价研究．4种曲面座垫的主观评价实验结果表明，座椅形面是影响乘坐舒适性的重要因素，不同形面特征的座椅具有不同的乘坐舒适性．客观评价实验结果证明，所提出的人机接触界面的体压分布准则是正确的，依据该准则能够评价人机接触界面中的乘坐舒适性问题．实验台中的分布式体压测试系统能够有效地测绘出不同座垫实验中的人机接触界面的体压分布曲线，并发挥出很好的测试作用．     

聚氨酯汽车座椅H点静态平衡位置的研究

为了研究以聚氨酯泡沫为材料的汽车座椅H点的位置,创建了一个简化的二维人椅系统模型,人体与座椅之间的作用力建模为具有非线性黏弹性的弹簧.对此模型采用可变阶的运动微分方程Matlabode15s求解器,求解出人椅系统的平衡位置.结果表明:材料越硬,静态平衡位置越接近泡沫材料未压缩时的人体初始位置;弹簧K3刚度越大,人体最终的平衡位置就越接近初始位置,K3越向前移动,人体就会越陷入座椅中;人体与坐垫之间的摩擦系数μ1过小,人体就会滑出座椅.     

基于特种纸的复合材料缓冲包装结构设计方法研究

采用传统方法设计的缓冲包装结构以发泡聚苯乙烯为缓冲包装材料,材质较硬,不易降解和回收,不满足当前的环保需求,无法有效避免复合材料损伤。提出一种基于特种纸的复合材料缓冲包装结构设计方法,将蜂窝-瓦楞特种纸作为复合材料的缓冲包装材料。介绍了蜂窝-瓦楞特种纸的优势,依据复合材料的产品特性和包装规定,确定缓冲包装结构方案。通过详细分析全面缓冲结构和局部缓冲结构,完成复合材料缓冲包装结构设计。通过获取离散时间点位移、速度与加速度,实现复合材料跌落过程的数值模拟,验证所提设计方法对复合材料的保护性能。实验结果表明,改进的方法能够有效保护复合材料,满足环保要求。     

填充聚氨酯泡沫蜂窝纸板缓冲性能试验

为了研究复合缓冲材料的缓冲防震性能,将聚氨酯填充到蜂窝纸板的孔隙中制作了聚氨酯蜂窝纸板复合材料并对其进行落锤冲击试验和静态压缩试验。通过试验数据和应力-应变曲线,分析了该复合材料在静态和低速冲击条件下表现的力学行为,进而对其静、动态缓冲吸能性能进行对比研究。结果表明:蜂窝纸板材料的静态、动态吸能量均随孔径的增大而增大,动态吸能量增大的幅值更明显;复合材料的吸能量随蜂窝纸板孔径增大而增大,随纸板厚度增大而减小;复合后的材料较蜂窝纸板材料静、动态缓冲性能和吸能量都有了较大的提高。