45_基于HyperMesh的轿车座椅头枕强度分析_杨忠俊

Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集  ‐ 1 ‐    HyperMesh 在轿车车座椅动态中的应用 杨忠俊 李尔长安汽车系统有限公司 重庆 401120 摘要：介绍HyperMesh在轿车座椅动态分析中的应用。针对一个获得的由CAD软件生成的复 杂几何图形，采用Altair公司HyperWorks软件的HyperMesh模块，建立有限元模型，导入 Ls_dyna中进行仿真运算，利用HyperView后处理提取分析结果。建模、分析及后处理结果显 示：HyperMesh在处理复杂模型时优势明显，并且对外部求解器有很好的支持。 关键词：HyperMesh，HyperView，轿车座椅，泡沫，有限元分析 1 前言 对概念阶段的某款轿车座椅，其结构和外观不仅要满足造型美观，还要保证其结构 刚度满足法规的要求。轿车座椅通常由钣金件、金属管框、钢丝、螺栓、塑料件、泡沫以及 纤维面套组成，影响其刚度性能的主要是钣金件、金属管框、钢丝，塑料件而面套对刚度的 影响很小，泡沫在整个FEA过程中起着一个传力的作用。HyperMesh是一个很强大的有限元前 处理软件，有很好的CAD软件和CAE求解器接口。本测试借助HyperMesh有前处理和HyperView 的后处理功能，计算分析了本款座椅动态的碰撞测试性能。 2 计算模型的建立 本测试中对测试座椅刚度性能有影响的每个结构件都需要划分网格，而运算时间与单 元数量、单元质量有很大关系。导入在CAD软件中生成的几何模型，先逐一对钣金件和金属 管框件进行几何清理，用HyperMesh中的MidSurface(提取中面)功能，抽取中面，采用二维 壳单元建立有限元模型，采用单元长度基准为5mm，最小单元长度不小于2.5mm的规则来划分 网格。然后对钢丝和螺栓，我利用HyperMesh中的Create Midline功能，抽取中心线，划分 一维网格，保证每个单元长度不低于4mm。如下图： Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集  ‐ 2 ‐    图1 座椅框架网格化分 现在着重介绍HyperMesh中的泡沫划分功能： CAD几何图形如下图： 图2 座椅几何模型 靠背图形复杂，不规则，由于它在分析过程的作用相对较小，如果用HEX（六面体）划 分网格，要花费大量的时间，会严重影响分析周期，因而采用TETRA(四面体)来划分风格。 首先是清理几何图形，抑制影响单元质量、数量的几何特征，将泡沫面生成大小相近，尺 寸大小不低于10mm的trias(三角形)或R-trias（R-三角形）单元，本例采用的是Trias形单 元，如下图： Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集  ‐ 3 ‐    图3 靠垫网格化分 检查所生成的单元质量，保证所有trias单元尽量与几何形状保持一致，所有的trias 单元形成的是一个封闭体，保证trias单元不能与其它零件造成干涉。用生成3D单元中的 TetraMesh功能，完成Tetra单元。 座垫的几何图形也很复杂，但座垫在分析过程中的作用相对靠背来说要求要高一些， 如果也采用tetra（四面体）单元，在分析过程中可能会出现一些意想不到的错误，影响分 析进度。因而我在清理几何图形后采用简化的方法生成HEX（六面体），如下图： 图4 座垫网格化分 头枕泡沫几何形状相对简单，我采用了很接近几何形状的HEX（六面体）单元，如下图： Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集  ‐ 4 ‐    图5 头枕网格化分 我采用了Rigid方式代替了焊接关系，螺栓用BEAM方式，螺栓两端也用RIGID方式连接。 安装座椅的车身不是我考察的对象，用二维刚体代替。整个座椅的有限元风格如下图： 图6 座椅网格 3 建立边界条件 本测试中我们需要用到dummy（假人）和Belt Routing（安全带），利用HyperMesh中的 这dummy和Belt Routing功能，可以很快、很方便地设置好假人在本座椅中的位置、姿势及 安全带的绕接方式，如下图： Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集  ‐ 5 ‐    图7 假人放置 本测试所需要的加速度曲线或速度曲线数据由主机厂提供，提供的曲线数据可以是Dat 格式，也可以是Csv格式，还可以是其它可以HyperMesh能读取的多种格式，用HyperMesh中 的ReadCurve功能，可以很方便的生成我需要的加速度或速度曲线。将得到的加速度或速度 曲线施加到表示车体的二维刚体上，再加上本座椅中的实际接触关系，完成了所有设置，输 出Ls_Dyna所需要的K代码格式的文件，提交给Ls_Dyna进行运算。 4计算结果分析 用HyperWorks中HyperView模块对前面的分析结果可视化，检查座椅是否破坏，并提取 每个零件的应力、应变值，得出应力、应变云图或曲线图，对比法规要求，提出参考意见， 解决薄弱点，一直到符合法规为止！如下图： 图8 应力云图 Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集  ‐ 6 ‐    图9 应变云图 5结论 本测试的最后结果与实体座椅在实验室里测试的结果相比较，很接近，满足法规要求。 Application of HyperMesh on Chair of Passenger Car in Dynamic Analysis Abstract: This paper introduces application of HyperMesh on chair of passenger car in dynamic analysis. A complex geometry from CAD software is meshed using HyperMesh. Then the FE model, which is finished in HyperMesh, is exported to Ls-Dyna to Calculate. Use HyperView for post process. HyperMesh is advanced in dealing with complex model, and supporting external solvers. Key words: HyperMesh, HyperView, Chair of Passenger Car, Foam, FEA