基于ABAQUS的汽车座椅塑料件有限元分析与结构优化.docx

基于ABAQUS的汽车座椅塑料件有限元分析

与结构优化

(北京汽车股份有限公司汽车工程研究院，北京100021)刘明卓1

摘要:利用有限元软件对汽车座椅塑料件最大应变位置、应力分布规律和受力趋势的分析，得到接近物理

实验的结果。有限元分析结果与物理实验结果比照，提出了更新设计的目标。对塑料件破坏区域进行厚度

和结构合理的修改，提高了座椅塑料件的性能，减轻了质量。

关键词:汽车座椅；塑料件；应变；有限元；结构优化

中图分类号：TG115.5文献标识码：A

FiniteelementanalysisandoptimaldesignofvehicleseatplasticbasedonABAQUS

LIUMing-zhuo

(BAICMOTORCorporation.，Ltd.，Beijing100021China)

Abstract:WithFEanalysissoftware,thelocationwithmaximumstrainandthestressdistributionruleof

vehicleseatplasticwereanalyzed.Thedesigntargetforvehicleseatplasticwaspresentedaftercomparing

withthephysicaltest.Byoptimizingthicknessandstructureoflocaldestructivearea,theperformanceofthe

wholeseatplasticwasimprovedandthemasswasreducedobviously.

Keywords:VehicleSeat;Plastic;Strain;Finiteelement;Structureoptimization

刘明卓E-mail：liumingzhuo@

作者简介：刘明卓，男，1981年生，北京汽车股份有限公司汽车工程研究院，硕士，

主要研究方向为汽车结构耐撞性、耐久性及轻量化

收稿日期：--；修订日期：--

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引言

汽车产业的迅猛发展与科技成果的不断发明

和运用，使汽车座椅发生了很多变化，其中以塑

料件的运用最为突出。塑料以其重量轻、设计空

间大、制造成本低、性能优异、功能广泛，能使

汽车在轻量化、安全性和制造成本等方面获得更

多的突破，从而成为21世纪汽车工业最好的材

料选择。近年，塑料在汽车座椅以及整车上应用

所占的比重逐步加大。但塑料材料也存在明显的

图1带塑料挡板的座椅

局限性，诸如刚性差、热膨胀系数和收缩率大、

Fig.1Theseatwithplasticbracket

耐老化性差等，不能用于需要承受较大承载力的

地方，也不能用于作为主要受力的结构件，否则

会因刚度不够引起失稳等破坏，或因热膨胀系数

和收缩率大使汽车构件尺寸稳定性差，尤其是汽

车塑料件特别是内饰件对环境和乘坐者产生的有

害影响，促使一些汽车企业关注生态塑料在汽车

实验测试座椅塑料板在不同载荷作用下的位

移和强度，确定座椅钣金件能否起到有效地保护

和装饰作用，并要求塑料挡板在承受测试器200N

载荷拉力下不发生破坏，即应力和应变值不能超

过极限值，且加载点位移不能超过25.0mm。

1.1HYPERWORKS前处理上的应用。生态塑料是一种以阳光和二氧化碳为

能源和碳源的可再生资源，如淀粉和纤维素等，

通过生物技术转化为聚合物的高科技材料。丰田

汽车公司在汽车中已应用生物塑料[1]。目前，

虽然生物塑料的开发与生产尚处于起始阶段，在

耐热性和抗冲击性以及加工方面还存在有待解决

的问题，但作为车用材料其潜能巨大，更好地利

用塑料材料的特性，使其最大化的满足汽车座椅

乃至整个汽车的需求，已得到汽车行业普遍的关

具体步骤是将CAD数模导入HYPERMESH软件

中建模。在对CAD的几何体进行必要清理的基础

上，按几何体的形状，以壳体和实体单元形式把

数模表述出来，一般结构分析也可采用四面体网

格来满足要求，对每一个零件赋予与物理实验相

匹配的材料和厚度[4]。塑料件的材料参数如表1

所示。

表1塑料件材料ASTM参数

注。

CAE技术的不断发展为解决这一问题提供了

Tab.1PlasticmaterialparameterofASTM

密度/t/mm3弹性模量泊松比屈服应力/Mpa极限应力/Mpa极限应变/%

有效的手段。目前的汽车座椅塑料件设计已逐步

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