冲压座椅强度与疲劳有限元仿真.pdf

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1、冲压座椅强度与疲劳有限元仿真褚洪杰崔国起-吴华杰谷芳1天津大学机械学院天津3000722天津大学内燃机研究所天津3000723天津市天大银泰科技有限公司天津300457摘要：结合力学基本概念，对某冲压座椅的失效原因进行了仿真分析。首先应用圣维南原理等力学概念对冲压座椅几何模型进行简化，然后结合计算力学理论采用商业软件对座椅进行底板强度和靠背疲劳仿真分析。仿真结果表明，冲压座椅装配孔的改进改善了局部区域的应力分布。关键词：冲压座椅；力学概念；有限元；仿真中图分类号：U463．836文献标识码：A文章编号：1001—0785(2012)03—0060—04Abstract：Thecause

2、sforfailureofashapedseatareanalyzedbysimulationbasedonmechanicsbasicconcepts．Firstly，SaintVenant’sPrincipleisusedtosimplifygeometricmodeloftheseat，andthenthebottomplatestrengthandthebackrestfatigueissimulatedwithcommercialsoftware．Thesimulationresultsshowthattheimprovementtoassemblingboreshasimp

3、rovedlocalstressdistribution．Keywords：shapedseat；mechanicsconcept；finiteelement；simulation0前言随着我国制造业的迅速发展，冲压加工在工业生产中获得了广泛的应用。与机械加工相比，冲压加工有许多优势。冲压件之间的连接一般采用焊接、铆接和栓接等方式。由于冲压件较薄，在连接部位易产生应力集中，使用过程中在这些部位容易发生强度、疲劳等失效。本文紧密结合力学概念，对某型号冲压座椅进行有限元仿真分析，获得了满意的仿真结果，说明力学概念在仿图1冲压座椅骨架三维模型真过程中的重要性。载)进行仿真。底板加载方式如图2

4、所示，在O1冲压座椅概述点利用安全带给座椅施加15000N的载荷，方向图1为冲压座椅骨架的三维几何模型，它主如图2所示。靠背加载方式：在距靠背顶端50mm要由靠背、底板、左侧板、右侧板等组成，左右下方施加2Hz、200N·m的扭矩，循环加载30万侧板采用角焊焊接在底板上。座椅左侧板处有一次。角度装置，可以用来调整座椅靠背的角度。座椅1．1座椅几何模型的建立和简化的约束主要通过底板的4个螺栓固定在车身上。利用UG软件建立座椅几何模型，通过IGES底板和靠背有多处装配孔，通过这些装配孔将坐接口，将其导人Hypermesh中，进行有限元前处垫、靠垫等部件装配到冲压座椅上。这些装配孔理。有限元

5、的基本思想是将连续的求解区域离散对座椅整体刚度的影响可以忽略不计。为一组按一定方式相互连接的有限个单元的组合体⋯。几何模型的简化是有限元前处理过程中十对座椅的2种加载方式(底板加载和靠背加国家自然科学基金资助项目(No．51106106)一60一《起重运输机械》2012(3)不考虑焊接过程中产生的缺陷，采用Hypermesh中刚性梁RBE3连接来模拟焊缝，实现方式如图3所示。图2底板加载示意图分重要的环节，其合理与否直接关系到有限元计图3前处理网格和焊缝部位放大示意图算的最终结果。基于已有的座椅简化原则J，结1．2单元选取和网格划分合圣维南原理等力学基本概念进行简化。计算时质量、长度和

6、时间的单位分别采用t、1)基于圣维南原理的简化圣维南原理的内mm和S。座椅总成通过4个螺栓固定在汽车地板容：作用于弹性体局部表面△5上的自平衡力系，上，简化成4个固支边界条件。冲压座椅较薄只在AS附近与AS的线性尺度同量级的邻域内产(2mm)，局部形状也较复杂，仿真时选用壳单生应力，在远离此邻域的区域，应力迅速减小，元。由于施加的载荷较大(15000N)，结构将发可以忽略不计J。根据圣维南原理，可忽略非约生较大弹塑性变形，所以选用Shell181单元。束附近和非连接部位附近的装配孔，以在划分网划分网格是有限元前处理的重要环节，考虑格单元时更容易获得良好的单元，提高计算速度到单元形状、网

7、格数量、网格疏密和网格质量等和精度。2)力学等效原则简化靠背和底板左右两侧因素，采用一阶三角形和四边形混合单元。网格长度定义为5—10mm，三角形内角角度定义为连接处分别通过扭力弹簧和调角器传递扭矩，座椅角度调节器起着连接和调节靠背角度的作用。30。～120。，四边形内角角度定义为40。一140。。冲压座椅各部分形状复杂程度不同，网格的长度根据文献[5]对角度调节器的简化方法，结合圣维南原理做如下简化：忽略角度调节器的结构细也不同。在Hyper