客车座椅-乘员耦合碰撞系统仿真分析与优化

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据相关资料表明,在客车碰撞所造成的人员伤亡中,因乘员与座椅之间的二次碰撞或座椅与车体相连部位的失效占了相当大的比例。为了提高我国客车在碰撞事故中对乘员的保护能力,客车座椅及其固定点强度的国家标准GB13057-2014目前已从推荐性标准升级为强制性实施标准。为了保证所设计的座椅能满足新法规要求,必须深入研究客车座椅及其固定支架的结构变形及乘员在碰撞过程中的伤害情况。  汽车碰撞过程是一个瞬间的复杂的物理变形过程,它包含了几何非线性,材料弹塑性变形非线性和零部件间复杂的接触非线性等特征。对客车座椅强度的动态安全性分析,需重点关注座椅自身结构的强度和刚度、与车辆固定件的强度及人体伤害值之间的关系。  本文依据GB13057-2014法规要求、CAE数值仿真分析理论及Isight优化分析理论,建立了客车座椅动态试验的有限元模型与多面体刚性假人的耦合仿真模型及优化工作流。主要研究内容有:  (1)建立客车座椅动态试验的有限元模型,接着调用MADYMO的HybridⅢ50%男性假人,并调整其姿态,使假人能平稳、舒适地坐在座椅上。  (2)运用MADYMO Coupling Assistant工具把已建好的有限元模型及调整好的多面体假人进行耦合设置并提交计算。利用座椅靠背位移与时间历程曲线、骨架结构的应力应变云图、头部HIC值的时间历程曲线、胸部加速度的变化曲线及左右大腿受力的时间历程曲线等评价指标对座椅安全性的仿真分析结果进行评价。  (3)以实际试验测试结果为基础,与仿真结果进行了对比,验证了座椅动态试验仿真模型的可靠性及有效性。把试验测试结果与国标进行对比,得出了座椅结构的变形符合要求,假人头部HIC值过大,不满足要求,胸部加速度、左右大腿受力等均满足法规要求。  (4)根据客车座椅的实际工艺及改进的可行性,初步选取了安全带的厚度、靠背泡棉刚度、座垫刚度、座垫摩擦系数及靠背强度等5个变量作为设计变量,以降低假人WIC值为目标,运用Isight优化软件建立了LS-DYNA与MADYMO耦合后的多目标优化模型,采用全局优化与梯度优化组合策略的算法,得到了假人头部HIC、胸部ThAC及腿部FAC的最优值。  本论文的仿真分析方法、优化方法及结论对于客车乘客座椅的安全性优化设计具有指导意义。
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