[发明专利]一种针对专用校车学生座椅抗前倾性能的优化设计方法

摘要

本发明涉及校车碰撞安全领域，具体的说是一种针对专用校车学生座椅抗前倾性能的优化设计方法。该方法包括以下步骤：步骤一、建立座椅的简化力学模型；步骤二、座椅力学参数的优化设计；步骤三、管材零件的优化设计；步骤四、座椅抗前倾性能的优化设计。本发明是一种快速准确建模、加快模型计算速度以及快速准确优化座椅抗前倾性能的优化设计方法，解决了目前针对校车学生座椅的抗前倾性能的优化设计过程中存在的设计盲目性，以及在优化设计过程中采用CAE技术手段时的反复建模和计算耗时长的问题。

主权项

1.一种针对专用校车学生座椅抗前倾性能的优化设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、建立座椅的简化力学模型；步骤二、座椅力学参数的优化设计；步骤三、管材零件的优化设计；步骤四、座椅抗前倾性能的优化设计；所述的步骤一包括以下步骤：11)提取座椅骨架中的管材零件；在已有的座椅有限元模型中，提取出座椅中结构的管材零件部分作为简化对象；12)获取管材的弯曲特性曲线；将座椅中管材按截面和厚度差异进行统计分类，建立不同类型管材的弯曲特性提取仿真模型；13)提取管材的弯曲特性参数；将获得的所有管材的弯曲特性曲线进行简化，选择了五个特征值作为弯曲特性曲线的简化表达参数，分别为M、Mp、θp、θm和Mm；其中M为管材开始发生屈服时的弯矩，即去掉完整弯曲特性曲线中纯弹性阶段部分后的起点值；Mp为弯矩曲线的峰值点，表示该截面类型的管材在某弯曲方向所能承受的最大弯矩，即最大承载能力；θp为对应达到最大承载能力时的弯曲转角；θm为中使悬臂梁产生的最大弯曲转动角度，若悬臂梁发生了屈曲，则表示发生屈曲时的转动角度，Mm则为测得的薄壁梁发生最大弯曲角度时的弯矩；14)标记管材的变形位置；观察已有模型的仿真结果中座椅的管材零部件的变形，对比管材变形前后的情况，选取管材变形位置的任一单元的任一节点号作为标记的管材变形位置；15)替换管材的建模单元；在对每个管材零件的单元进行替换时，以管材两端的端点和标记的变形位置作为各个管材零件的分段位置，使用有限元单元类型中的梁单元分段替代已有模型中管材的壳单元模型，标记的变形节点处作为梁单元间的连接点；16)建立座椅简化力学模型；在使用梁单元替换了壳单元的座椅模型中，将获得的管材弯曲特性参数输入对应管材的梁单元材料参数中，由此建立了座椅的简化力学模型;所述的步骤二包括以下步骤：21)选择简化力学模型的优化参数；以建立的简化力学模型中所有的管材弯矩简化曲线参数中的M、Mp、θp和Mm四个参数作为优化指标，弯曲过程中悬臂梁产生最大弯曲转动角度θm时，悬臂梁的最大弯矩为Mm，使不同的薄壁梁管材在弯曲的过程中的最大弯曲转动角度均为θm；22)确定参数的优化区间；依据管材的标准法规和标准，参考实际需求范围确定各个参数的优化区间；23)优化参数的试验设计；利用ISIGHT软件中的试验设计方法建立设计参数的试验组合，利用简化力学模型对每组参数组合进行动态试验的仿真计算，并统计获得的乘员的伤害指标；24)建立响应方程；在获得所有的参数试验组合的乘员伤害指标后，利用ISIGHT软件的建立响应面模块对数据进行处理，建立优化指标与乘员的伤害指标的响应关系；25)获取座椅的最优弯曲特性参数；利用获得的响应关系方程，在ISIGHT软件的遗传算法模块中，以乘员伤害指标最小化为优化目标，以座椅所有管材的弯曲特性参数为输出，进行方程的寻优计算；最终获得满足乘员伤害指标条件下座椅简化力学模型中所有管材的弯曲特性参数的理论计算值;所述的步骤三包括以下步骤：31)确定标准件选择范围；根据管材选择所依据的标准和法规，确定出座椅骨架中管材零件的标准件选择范围；32)提取标准件的弯曲特性参数；采用步骤一中所述的步骤12)所用的弯曲特性提取方法获取每种标准件的力学参数信息，将所有的结果统计成表格；33)选择管材的替换方案；根据步骤二中所述的步骤25)中最后优化计算获得的在乘员伤害指标最小条件下的座椅管材的弯曲特性参数理论计算值，按照定义的五个简化参数构成的简化曲线形态相似度高的原则，从标准件的参数统计表格挑选出参数接近的标准管材；根据选出的每种管材的标准件替换结果，在座椅的简化力学模型中对梁单元的材料中的材料曲线参数进行替换，完成座椅骨架中管材的优化;所述的步骤四包括以下步骤：41)仿真计算是否满足要求；将管材参数替换完成的座椅简化力学模型进行动态试验的仿真计算，获得假人的伤害情况，判断座椅的抗前倾性能是否满足要求；42)满足要求；若座椅的抗前倾性能满足法规要求，管材的优化结果就作为座椅最终的优化设计方案；43)不满足要求；若有乘员伤害指标不满足要求，加厚座椅骨架中的固定连接件厚度，减薄背板厚度，软化靠背泡沫，直到仿真结果中乘员伤害满足要求；最终的管材优化结果和固定连接件、背板、泡沫的优化结果一同作为座椅的优化设计方案。