基于Hypermesh的某兒童安全座椅連接點仿真分析

劉繼宇 付景順

摘? 要：驗證某款汽車兒童安全座椅ISOFIX連接點安全性能，根據國標使用 Hypermesh 以及Ls-Dyna軟件對該模型進行有限元建模及分析。檢驗連接點強度，SFAD裝置X點位移以及塑性應變情況是否滿足法規要求。

關鍵詞：兒童安全座椅IOSFIX連接點;Hypermesh;Ls-dyna;X點位移;塑性形變

中圖分類號：U463.836? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）07-0068-02

Abstract： The safety performance of the ISOFIX connection point of a certain automobile child safety seat is verified. According to the national standard， the finite element modeling and analysis of the model are carried out using Hypermesh and Ls-Dyna software. Verify that the strength of the connection point， the X point displacement of the SFAD device and the plastic strain meet the requirements of the regulations.

Keywords： IOSFIX connection point of child safety seat; Hypermesh; Ls-dyna; X point displacement; plastic deformation

1 概述

現今汽車乘員安全問題不容忽視，兒童乘車安全問題更是備受關注[1]。兒童安全座椅是兒童行車安全的重要保障。

兒童安全座椅固定系統的固定方式分為2種[2]，歐洲標準 ISOFIX 固定方式和美國標準LATCH固定方式。

國標GB14167-2013《汽車安全帶安裝固定點、ISOFIX 固定點及上固定點系統》中定義了ISOFIX的技術要求及其試驗方法。

本文以某車型兒童安全座椅的ISOFIX連接點為基礎，建立對應的3D白車身模型以及仿真所用的靜態加載裝置SFAD模型。導入前處理軟件Hypermesh，使用通用顯式動力求解器Ls-dyna計算求解。對分析結果與法規進行對比，從而檢驗其連接點的安全性能。

2 ISOFIX裝置強度靜態試驗解析

本文研究的實驗仿真基于國標GB14167-2013規定[3]：

只有下固定點的ISOFIX連接裝置，對SFAD施加加載工況，正向和斜向。在加載階段過程中SFAD裝置的位移均不可超過125mm，實驗結束后連接點周圍以及周圍允許出現永久變形和開裂。SFAD如圖1所示。

3 有限元模型建立與分析

3.1 有限元模型的建立簡化及細化

使用3D建模軟件CATIA對此分析白車身模型建立和截取，然后通過數據交換把零件模型及數據導入Hypermesh，清除無關的component、property等，簡化有限元模型，導入靜態加載裝置SFAD，如圖2所示。

3.2 安裝點細化，材料及單元屬性設定

安裝點周圍單元要局部細化[4]，保證安裝點周圍應力應變均勻分布。焊點采用彈簧梁單元模擬。安裝點處使用的材料是MAT24 45#材料，密度7.85*103kg/m3，彈性模量210kPa，泊松比0.3。在此次分析中，對于連接點以及周圍的塑性應變量應該設置成24%。應力應變曲線圖對應數值設置如下圖3所示：

3.3 約束條件以及載荷定義

（1）對車身邊界加以約束

在車身邊界節點建*BOUNDARY_SPC_SET節點集。邊界約束設置如圖4所示。

（2）加載及載荷定義

對于X點具體加載方向和大小分為三種，工況123分別代表正向加載，斜向加載1和斜向加載2，如下表1所示：

3.4 CAE仿真結果

將其提交LS-DYNA計算，計算結果使用Hyperview進行查看，結果分為靜態加載裝置SFAD的X點沿加載方向的位移量，連接點處的應力集中情況和連接點處以及周圍的塑性形變情況。

（1）SFAD的X點位移量最大結果圖如下圖6所示。

（2）連接點以及周圍結構的等效應力云圖如圖7所示。

（3）安裝點主要結構件等效塑性應變云圖如下圖8所示。

4 仿真結果解析

匯總仿真結果，依據法規得出以下結論：（1）各個工況下SFAD的X點最大位移量均小于規定的125mm，所以結果合格。（2）三種加載工況下的最大應力均超過材料的屈服極限，所以連接點處有開裂風險，但是允許永久的塑性形變和局部開裂，未超過預設置的材料屬性應力值585MPa，所以結果合格。（3）三種工況加載的塑性形變結果最大的15.4%沒有超過材料應變值24%。仿真結果位移量達標，塑性形變合格。

5 結束語

依據國標，使用CATIA建模，Hypermesh進行前處理，構建出符合規定實驗的有限元模型，并進行三種工況的仿真，借助 Ls-Dyna軟件進行求解。此次分析最終結果均符合規定，從而節省傳統臺車實驗的經濟成本，使得研發進程更加高效。

參考文獻：

[1]毛星子，覃國周，劉萬里.ISOFIX固定裝置強度試驗X點位移測量方法分析[J].客車技術與研究，2014，36（03）：53-55+62.

[2]毛星子.ISOFIX兒童約束系統固定裝置的技術要求及對比分析[J].客車技術與研究，2013，35（06）：54-58.

[3]侯輝，彭志軍，牛彥雷.中歐美ISOFIX固定點系統法規解析[J].汽車零部件，2015（09）：49-52.

[4]侯延軍，周立，崔東，等.基于LS-DYNA的兒童座椅ISOFIX分析研究[J].汽車技術，2016（01）：42-46+56.

[5]曹兆友，王海亮.ISOFIX固定系統的安全性分析[J].汽車工程師，2010（01）：46-47.