[发明专利]汽车座椅骨架的构件分布方法

说明书

技术领域

本发明涉及产品的制作方法，尤指一种汽车座椅骨架的构件分布方法。

背景技术

汽车座椅骨架是汽车座椅的核心部件，为了保证乘员的安全，必须满足动静态强度和刚度的要求。同时，汽车座椅骨架是座椅质量的主要部分，合理的座椅骨架结构须在满足安全性的前提下尽量实现轻量化，以便获得良好的经济性。

要实现座椅骨架的轻量化设计，首先需合理地布置结构的材料。座椅骨架一般由板材结构件、管材结构件和连接件组成，在骨架靠背中，管材结构件是保证结构刚度和强度的主要承载件，因此需合理地布置管材结构件的位置。目前，对于结构件的布置一般根据经验进行设计，即根据经验判断结构的受力位置布置材料，设计结果很大程度上依赖于设计人员的经验和主观判断，这样的设计结果存在很大的改进空间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种汽车座椅骨架的构件分布方法，解决现有汽车座椅骨架设计结构依赖于设计人员的经验和主观判断的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明一种汽车座椅骨架的构件分布方法，包括：

根据座椅骨架的设计要求建立设计模型，确定设计区域；

根据所述设计区域和载荷工况建立所述汽车座椅骨架的有限元模型；

采用变密度法对所述有限元模型进行拓扑优化设计，得到设计区域内的材料密度分布图；

基于所述材料密度分布图布置所述汽车座椅骨架的管材结构件。

采用对设计区域建立有限元模型得到合理的材料密度分布图，再根据材料密度分布图布置管材结构件，实现汽车座椅骨架在满足安全性的前提下，降低骨架结构的质量，提高骨架结构的刚度和强度。实现了汽车座椅骨架的轻量化设计，可以获得良好的经济性。通过结构拓扑优化设计，解决了现有技术中依赖设计人员的经验和主观判断，避免了经验和主观判断带来的误差，对汽车座椅骨架提出了合理且较佳地设计方法。

本发明汽车座椅骨架的构件分布方法的进一步改进在于，以所述汽车座椅骨架的结构应变能最小作为优化设计目标函数，以所述汽车座椅骨架的材料伪密度为设计变量，以所述汽车座椅骨架的体积作为约束条件，建立所述拓扑优化设计的数学模型为：

Min.U

S.T.：v/v₀＜μ

式中，U为应变能，v为构件优化后的体积；v₀为构件优化前的体积，μ为体积减小因子，μ＜1.0；

本发明汽车座椅骨架的构件分布方法的进一步改进在于，基于所述材料密度分布图布置所述汽车座椅骨架的管材结构件包括：

根据所述材料密度分布图建立所述汽车座椅骨架的有限元模型；

采用有限元分析方法，对设计后的新的有限元模型进行力学性能分析，并判断是否符合设计要求；

若符合设计要求，则得到具有最优管材结构布置的汽车座椅结构；否则调整μ值，重新进行设计。

附图说明

图1为本发明汽车座椅骨架的构件分布方法的流程图；

图2为汽车后排座椅模型的结构示意图；

图3为汽车后排座椅模型中选定设计区域的原模型结构示意图；

图4为选定汽车后排座椅模型中的设计区域；

图5为图4的材料密度分布图；

图6为根据图5设置管材结构件的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，显示了本发明汽车座椅骨架的构件分布方法的流程图。本发明提供了一种汽车座椅骨架的构件分布方法，在汽车座椅骨架的原模型中选定设计区域，通过对选定的设计区域建立合理的有限元模型，采用变密度法对有限元模型进行拓扑优化，得到结构材料体积相比原结构小且结构刚度最大时的材料密度分布图，再根据材料密度分布图布置管材结构件。根据座椅骨架的材料性能再建立新的有限元模型，在给定的荷载工况条件下进行力学性能分析，若满足力学性能设计要求，则按照该结构有限元模型布置管材结构件，就得到了汽车座椅骨架，若不满足力学性能设计要求，则重新改变设计参数重新进行拓扑优化，直至满足力学性能设计要求为止。通过本发明汽车座椅骨架的构件分布方法，解决了现有的汽车座椅骨架设计结构依赖于设计人员的经验和主观判断的问题，避免了经验和主观判断的误差，为汽车座椅骨架轻量化设计提供方法，可以获得良好的经济性。下面结合附图对本发明汽车座椅骨架的构件分布方法进行说明。