2019年7期儿童汽车安全座椅
研究视界
科技创新与应用
Technology Innovation and Application
刘继宇，付景顺
（沈阳工业大学，辽宁沈阳111003）
1概述
现今汽车乘员安全问题不容忽视，儿童乘车安全问题更是备受关注[1]。儿童安全座椅是儿童行车安全的重要保障。
儿童安全座椅固定系统的固定方式分为2种[2]，欧洲标准ISOFIX 固定方式和美国标准LATCH 固定方式。
国标GB14167-2013《汽车安全带安装固定点、ISOFIX 固定点及上固定点系统》中定义了ISOFIX 的技术要求及其试验方法。
本文以某车型儿童安全座椅的ISOFIX 连接点为基础，建立对应的3D 白车身模型以及仿真所用的静态加载装置SFAD 模型。导入前处理软件Hypermesh ，使用通用显式动力求解器Ls-dyna 计算求解。对分析结果与法规进行对比，从而检验其连接点的安全性能。
2ISOFIX 装置强度静态试验解析
本文研究的实验仿真基于国标GB14167-2013规定[3]：只有下固定点的ISOFIX 连接装置，对SFAD 施加加载工况，正向和斜向。在加载阶段过程中SFAD 装置的位移均不可超过125mm ，实验结束后连接点周围以及周围允许出现永久变形和开裂。SFAD 如图1所示。
图1静态加载装置SFAD 和X 点
3有限元模型建立与分析
3.1有限元模型的建立简化及细化
使用3D 建模软件CATIA 对此分析白车身模型建立和截取，然后通过数据交换把零件模型及数据导入Hyper -mesh ，清除无关的component 、property 等，简化有限元模型，导入静态加载装置SFAD ，如图2所示。
图2导入SFAD 模型
3.2安装点细化，材料及单元属性设定安装点周围单元要局部细化[4]，保证安装点周围应力应变均匀分布。焊点采用弹簧梁单元模拟。安装点处使用的材料是MAT2445#材料，密度7.85*103kg/m 3，弹性模量210kPa ，泊松比0.3。在此次分析中，对于连接点以及周围的塑性应变量应该设置成24%。应力应变曲线图对应数值设置如下图3所示：
图3安装点处应力应变曲线图数值设置3.3约束条件以及载荷定义
摘要：验证某款汽车儿童安全座椅ISOFIX 连接点安全性能，根据国标使用Hypermesh 以及Ls-Dyna 软件对该模型进行有限元
建模及分析。检验连接点强度，SFAD 装置X 点位移以及塑性应变情况是否满足法规要求。
关键词：儿童安全座椅IOSFIX 连接点；Hypermesh ；Ls-dyna ；X 点位移；塑性形变
中图分类号:U463.836
文献标志码:A
文章编号: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 soft ⁃ware.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
作者简介：刘继宇（1993-），男，汉族，山东安丘人，工学硕士，研究方向：车辆工程；付景顺（1963-），男，辽宁沈阳人，工学博士，教授，车辆工程
系主任，研究方向：
车辆工程
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（1）对车身边界加以约束
在车身边界节点建*BOUNDARY_SPC_SET 节点集。边界约束设置如图4所示。
图4车身边界约束设置
（2）加载及载荷定义
对于X 点具体加载方向和大小分为三种，工况123分别代表正向加载，斜向加载1和斜向加载2，如下表1所示：
表1加载方向及大小
加载时间应在0.02s 之内加载至最大值[5]，所以加载曲线curve 设置如下图5所示。
图5X 点处加载曲线
3.4CAE 仿真结果
将其提交LS-DYNA 计算，计算结果使用Hyperview 进行查看，结果分为静态加载装置SFAD 的X 点沿加载方向的位移量，连接点处的应力集中情况和连接点处以及周围的塑性形变情况。
（1）SFAD 的X 点位移量最大结果图如下图6所示。
图6三种加载位移量
汇总如表2所示：
表2加载装置X 点最大位移
（2）连接点以及周围结构的等效应力云图如图7所示。
图7三种加载等效应力云图
（3）安装点主要结构件等效塑性应变云图如下图8所示。
图8三种加载等效应变云图
4仿真结果解析
汇总仿真结果，依据法规得出以下结论：（1）各个工况
下SFAD 的X 点最大位移量均小于规定的125mm ，所以结
果合格。（2）三种加载工况下的最大应力均超过材料的屈
服极限，所以连接点处有开裂风险，但是允许永久的塑性形变和局部开裂，未超过预设置的材料属性应力值
585MPa ，所以结果合格。（3）三种工况加载的塑性形变结果
最大的15.4%没有超过材料应变值24%。仿真结果位移量达标，塑性形变合格。
5结束语依据国标，使用CATIA 建模，Hypermesh 进行前处理，构建出符合规定实验的有限元模型，并进行三种工况的仿真，借助Ls-Dyna 软件进行求解。此次分析最终结果均符合规定，从而节省传统台车实验的经济成本，使得研发进程更加高效。参考文献院
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