基于ABQUS的汽车座椅塑料件有限元分析.docx

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。另一方面，每一款新的汽车座椅都需要通过物理实验的测试以达到各个方面安全性能的要求，只有这样才能保证汽车座椅在投入市场之后的安全性。但做物理实验需要具备先进的设备、功能齐全的实验室，同时还需要生产大批量的样件，这些无疑加大了产品开发的成本和风险，延长了新产品的开发周期，而有限元分析通过合理的模拟，可以在物理实验进行之前给出一个定性的结论，从而大大提高了物理实验的成功率。ABAQUS在汽车座椅塑料件有限元分析的应用本研究选用HYPER WORKS作为前后处理工具，ABAQUS求解器对汽车座椅塑料件进行有限元分析。HYPERMESH软件是美国Altair公司的产品，是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有强大的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。在CAE领域，HYPERMESH最著名的特点是它所具有的强大的有限元网格前处理和后处理功能。一般来说，CAE分析工程师80％的时间都花费在了有限元模型的建立和修改上，而真正的分析求解时间是消耗在计算机工作站上的。所以采用一个功能强大，使用方便灵活，并能够与众多CAD系统和有限元求解器进行方便的数据交换的有限元前后处理工具，对于提高有限元分析工作的质量和效率具有十分重要的意义。同时HYPERMESH支持很多不同的求解器输入输出格式，这样在利用HYPERMESH划分好模型的有限元网格后，可以直接把计算模型转化成不同的求解器文件格式。ABAQUS是国际上最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一，它是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料等。作为通用的模拟工具，ABAQUS除了能解决大量结构（应力/位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析及压电介质分析。ABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。ABAQUS不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。由于ABAQUS优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得ABAQUS被各国的工业和研究中所广泛的采用。ABAQUS有两个主求解器模块：ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。图2 带塑料档板的座椅本文以某汽车座椅的塑料档板件