座椅是人体与车辆直接接触最多的载体，是车辆不可缺少的功能件之一。随着市场需求层次的提升，座椅的安全性、可靠性、舒适性等各项性能已经成为市场竞争的焦点。而座椅骨架强度问题更是其各项性能的基础。目前，针对座椅强度问题除了有 GB15083-2006 等标准要求外，各整车企业也有自己标准及试验评价方法。为提升座椅设计水平，本文将介绍应用 Abaqus 进行座椅骨架强度分析，针对问题进行改进设计。
CAE 分析与试验
2.1 载荷条件
本文介绍的座椅骨架强度分析载荷来源于骨架耐久试验要求。其中，耐久试验方法参照 GB15083-2006 相关要求并进行了必要的改进，其目标在于考察座椅骨架耐久性能。在试验中，利用工装将座椅固定在适当位置，调整座椅靠背角度到试验要求状态。按试验要求，座椅靠背骨架向前运动施加载荷为相对 R 点的作用力矩 x Nm，向后运动施加载荷位相对 R 点的作用力矩 y Nm。试验评判标准为满足耐久试验 N 次。
2.2 有限元模型与边界条件
本次座椅骨架有限元分析采用 Abaqus/STANDARD 求解计算。建模中，忽略靠背弹簧，应用 S3、S4 单元模拟座椅骨架模型；应用 COUP_KIN 单元模拟缝焊和不重要区域的螺栓连接；应用 B31 单元模拟靠背转动销，并释放该单元的转动自由度。其有限元模型如图 1 所示。根据试验要求，对座椅骨架施加相应的约束和载荷。其边界条件如图 2 所示。
图 1 座椅骨架有限元模型
图 2 座椅骨架强度分析边界条件
2.3 CAE 分析与试验对比
CAE 分析结果显示，靠背骨架连接板存在应力集中，并且最大应力为 326MPa，其应力分布如图 3 所示。在耐久试验中，该连接件出现过早开裂，并且开裂位置与 CAE 分析应力集中区域一致，实验开裂位置见图 4。
3 座椅骨架应力分布图
图 4 试验开裂位置
2.4 改进方案
针对靠背骨架连接件结构较弱，应力较大并且存在应力集中这一问题。我们提出方案一：加强靠背骨架连接件设计；方案二：在对连接件进行加强设计的同时，改变靠背管焊接位置。应用 Abaqus 对改进方案进行分析，结果表明两种方案均能有效降低骨架最大应力，并且靠背连接件改善效果明显。其中，方案一最大应力为 270MPa，但在靠背管焊接处存在应力集中现象。方案二最大应力为 264MPa，靠背管连接问题也有改善。其应力分布云图分别如图 5、图 6 所示。
图 5 方案一应力分布
图 6 方案二应力分布
在座椅骨架强度问题中，应用 CAE 分析手段准确高效的模拟了试验结果。应用 CAE 分析手段有助于问题原因查找，并可以快速对多种改进方案进行优化分析，有助于在设计阶段发现问题、解决问题。
资料来源：达索官方
