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1、49_HyperWorks在安全带固定点强度分析中的应用_黎志伟HyperWorks在安全带安装固定点强度分析中的应用黎志伟上海世科嘉车辆技术研发有限公司上海 201209摘要:安全带安装固定点强度是汽车被动安全的重要指标之一。本文利用有限元方法和仿真技术，在HyperWorks软件平台上建立汽车、安全带总成及人体模块的有限元仿真模型，在此模型基础上对安全带安装固定点进行强度分析，计算安全带安装固定点的变形情况及应力应变，判断材料是否有开裂风险。关键词:汽车，安全带安装固定点，强度，HyperWorks1 概述GB 14167-2006汽车安全带安装固定点是汽车被动安全的一个重要指标，是车辆公
2、告试验的强制检查项目，标准要求，在承受安装固定点试验载荷的情况下，安全带安装固定点的强度必须保证安全带不得从安装固定点处脱落，但允许安装固定点及其周围区域产生永久变形或裂纹，且规定上部有效安装固定点的前向位移不得超过一定的范围。应用有限元仿真技术，可以实现安全带安装固定点的强度仿真，大大降低开发成本。本文结合GB 14167-2006汽车安全带安装固定点，利用前处理软件HyperMesh 建立安全带安装固定点强度分析的有限元模型，用LS-DYNA求解器进行计算，并通过后处理软件HyperView处理分析结果。2 安全带安装固定点强度试验规范2.1 试验条件1. 沿平行于车辆纵向中心平面并与水平
3、线成向上1015的方向施加载荷。2. 以尽可能快的速度加载至规定值，并至少持续0.2s。3. 前排外侧座椅安全带试验时利用配有卷收器或上部织带导向件的模拟三点式安全带，将载荷传递至3个安装固定点。4. 侧座椅和所有中间座椅安全带试验时利用模拟无卷收器三点式安全带加载，并用模拟腰带对两个安装固定点加载。2.2 试验方法1. 上安装固定点应装有适用于传递试验载荷的绳索或织带的导向件或导向环，或由制造商提供导向件或织带导向环。2. 利用模拟织带对上人体模块施加13500N200N的试验载荷。3. 与此同时，应对下人体模块施加13500NJ200N的试验载荷。4. 还应施加一个相当于座椅总成质量20倍
4、的力。惯性载荷应施加在座椅上或与相应的座椅的实际相当的座椅相关部件上。3有限元模型的建立3.1白车身有限元数模建立对于安全带安装固定点强度计算而言，考虑到计算效率，可以从完整的白车身数模中截取部分数模来进行强度计算，截取的白车身网格应满足以下要求：1截取面应远离安全带安装固定点。2施加约束不能对安装固定点周围零件有加强或削弱作用。图1给出某车型的安全带安装固定点计算的模型图。可以看出来基本上截取部分约为车辆乘员舱的四分之一大小。图1 安全带安装固定点强度计算的部分白车身模型3.2 划分安全带总成各零件及细化车身局部安全带总成里面有些零件在已完成的白车身模型中没有体现出来，例如高调器、安全带卷收
5、器和导向环以及安装固定点位置的螺栓螺母等，所以在计算安全带安装固定点强度的时候应该把这些零件的网格包含到计算模型中去。由于通常安全带的一个安装点在座椅上，所以在计算模型中也应该包括座椅的骨架结构。在碰撞模型中，车身的钣金件一般采用的网格单元尺寸是10mm，在局部强度计算中，这样的网格大小不太适合，所以应该把车身的钣金件特别是在安全带安装点附近的零件适当的进行细化，如B柱内板，安全带安装板，卷收器安装板以及门槛梁安装点附近（见图24）。图2 B柱安全带安装板模型图3 卷收器安装板模型图4 安全带门槛梁安装点模型3.3 导入人体模块将人体模块导入计算模型，根据法规要求调整人体模块的姿态（见图5和图
6、6）。图5 上人体模块图6 下人体模块3.4 建立安全带模型有了人体模块之后，需要把安全带缠绕到人体模块上。由于考虑到模块和安全带之间的接触关系，所以在人体模块位置的安全带应该有2-d单元，而在其他的地方，由于不涉及到接触，所以可以直接用1-d单元来模拟（见图7-8）。图7 安全带模型图8 安全带总成模型3.5 施加约束和载荷3.5.1 约束因为在实际的安全带安装固定点的强度试验中，是采用整车来进行，而在模拟计算中采用的是四分之一个车身，所以就需要在车身钣金分割的部分加上必要的边界条件来限制整体不产生位移（见图9）。图9 施加约束3.5.2 载荷按照法规的规定，外部载荷通过牵引绳索施加在上下模
7、块上，牵引力应当与水平方向成10的夹角，在人体上模块和下模块分别施加13.5kN载荷，同时在人体下模块施加相当于20倍座椅重量的力（见图10）。图10 施加载荷3.5.3 分析结果建立计算模型后，提交LS-DYNA计算，并利用HyperView软件对结果进行后处理。输出安全带安装固定点及其附近零部件的应力及应变（见图1116）。图11 B柱内板上安装固定点应变图图12 B柱内板下安装固定点应变图图13 B柱内板导向环安装固定点应变图图14 B柱下加强板卷收器应变图.图15 门槛梁下安装固定点应变图图16 卷收器下安装板应变图从应变云图中可以看出，安全带各安装固定点应变均小于其材料极限应变，基本
8、无失效风险。4 结论由以上分析结果可见，HyperWorks在安全带安装固定点强度分析中发挥了极大的作用。本文在其软件支持下，应用有限元法和计算机仿真模拟技术，对安全带安装固定点进行强度仿真分析，为安全带安装固定点强度的研究提供了更有效更经济可行的方法。5 参考文献1 于开平, 周传月等. HyperMesh从入门到精通. 北京: 科学出版社, 20052 葛如海编. 汽车安全工程. 化学工业出版社, 2005HyperWorks Application in Research onSafety-Belt Anchorages Strength AnalysisAbstract: The sa
9、fety-belt anchorages strength is one of important targets in vehicle passive safety area. Using finite element method and computer simulation technique, the FEA model of the car, safety-belt and the body model are built on the HyperWorks platform. Base on the model, the stress and strain of anchorages are calculated and the material tear is predicted in this paper.Key words: Vehicle, Safety-belt anchorages, Strength, HyperWorks