[发明专利]连续纤维增强热固性复合材料座椅骨架优化方法

说明书

本发明属于汽车用复合材料研究领域，公开了一种连续纤维增强热固性复合材料座椅骨架优化方法，包括座椅骨架有限元分析计算；座椅骨架静态工况铺层优化；座椅骨架动态工况下验证计算：对优化后座椅骨架进行行李块抗冲击台车实验的模拟仿真，并通过Ls‑dyna仿真后处理软件进行计算，查看座椅骨架是否满足法规要求；座椅骨架有限元分析计算包括：结构简化；网格划分；材料及属性的定义；加载的设置；计算设置和输出：座椅骨架静态工况铺层优化包括：拓扑优化；尺寸优化；顺序优化；本发明解决连续纤维增强热固性复合材料铺层厚度、角度和顺序设计问题，可用于车用复合材料的材料‑结构‑性能一体化设计中，快速高效设计出满足汽车性能要求的轻量化部件。

技术领域

本发明属于汽车用复合材料研究领域的一种优化方法，更确切地说，本发明涉及一种连续纤维增强热固性复合材料座椅骨架优化方法。

背景技术

汽车座椅是整个汽车结构件中与人体接触最紧密的部件，当汽车发生交通事故时，也直接影响到乘员的安全性。座椅安全性与整车安全性分类方式相同，主要分为主动安全性和被动安全性。其中座椅的主动安全性，主要针对驾驶员座椅而言，是指座椅能够合理有效地避免交通事故发生的能力；座椅的被动安全性，即当交通事故不可避免的发生时，座椅能够为车内成员提供一定的支撑与生存空间。同时可以通过座椅的合理变形和结构设计将乘员受到的碰撞能量进行吸收或者传递与座椅相连的车体，进而将乘员的碰撞伤害降至最低程度的性能。另外，在当下能源日益紧张环保问题逐渐受到各国高度重视的情况下，汽车的轻量化设计应运而生，也成为目前汽车发展的主流方向。所谓汽车轻量化，即在保证汽车基本行驶性能的前提下，通过对车用材料、加工成型工艺以及车体结构等方面的不断更新和优化，以实现降低整车重量的目的，并进一步提高整车的行驶动力性与燃油经济性，同时降低二氧化碳的排放量。目前实现座椅骨架轻量化的途径主要有三种，即结构优化、更新零件加工工艺和连接工艺以及更换轻质材料。连续纤维增强热固性复合材料是目前认为最具有应用前景的轻质材料，然而当前研究大多只是进行简单对传统金属材料替换，对抗冲击性能不满足部位通常采用增加板厚等方式以满足要求。

这种方式没有充分利用复合材料可设计性能，且轻量化效果不明显，有必要对连续纤维增强热固性复合材料进行材料-结构-性能一体化设计。

连续纤维增强热固性复合材料座椅骨架优化目的在于充分利用纤维增强复合材料的比强度、比模量高、耐腐蚀性、抗疲劳等优点，其铺层厚度、角度以及顺序对于材料特性能都具有至关重要的关系，现将拓扑优化、尺寸优化以及顺序优化应用到连续纤维增强热固性复合材料座椅骨架优化中以达到汽车轻量化效果。

董银飞等人在铺层角度和顺序方面直接选取复合材料结构常见四种铺层形式(0°/±45°/90°)_ns,(±45°/0°/90°)_ns,(±45°/90°/0°)_ns,(0°/90°/±45°)_ns,厚度方面直接采用的0.125mm，根据仿真结果选取铺层设计。景钊等人对等厚度复合材料层板提出一种离散铺层顺序优化设计方法。然而，均未充分利用复合材料的可设计性，即对铺层厚度、角度和顺序三部分进行优化。

发明内容

本发明为了解决连续纤维增强热固性复合材料铺层厚度、角度和顺序设计问题，提供了一种拓扑优化、尺寸优化和顺序优化的设计方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种连续纤维增强热固性复合材料座椅骨架优化方法，包括以下步骤：

步骤一：座椅骨架有限元分析计算；

步骤二：座椅骨架静态工况铺层优化；

步骤三：座椅骨架动态工况下验证计算。

步骤一中所述的座椅骨架有限元分析计算包括以下具体步骤：