DYNA在安全帶固定點強度仿真分析中的應用

閆麗

摘要：安全帶固定點強度是汽車被動安全的一個重要指標。在規定試驗載荷情況下，必須保證安全帶不得從安裝固定點處脫落，且固定點滿足位移要求。本文結合某車型，利用DYNA對安全帶固定點強度進行仿真分析，給出了可行的計算模型及改進方案。

關鍵詞：安全帶；固定點強度；DYNA；仿真分析

0 引言

汽車安全性是汽車的一項很重要的使用性能，它事關汽車駕、乘人員的生命安危。汽車安全問題已成為當今最重要的研究領域之一，同時也是國家汽車質量強制檢測法規的主要部分。安全帶是汽車被動安全的一個重要組成部分，其固定點必須具有足夠的強度。如何進行安全帶固定點強度設計是汽車安全性設計必須要面對的問題。

隨著計算機技術和計算方法的發展，汽車碰撞過程的計算機仿真技術應運而生且日益成熟，在汽車碰撞仿真分析領域出現了一批優秀的分析軟件，DYNA軟件就是其中的佼佼者，尤其是在大變形、高度非線性仿真分析領域有著不可或缺的作用。

本文以ECER14為基礎，結合某車型，運用DYNA對安全帶固定點強度進行分析，并與試驗結果進行了相關性分析，最后對原結構進行了改進，使固定點強度能夠滿足ECER14要求。

1 法規要求簡介

1.1 安全帶固定點強度試驗

ECER14法規規定安全帶固定點需進行如圖1所示的試驗。

試驗要求加載裝置：

使用試驗加載裝置，加載13500N的力到胸部牽引裝置和腰部牽引裝置上（圖1中P所示方向）。以盡可能快的速度加載至規定值，并至少持續0.2S。

1.2 試驗要求

如果在規定的時間內，持續按規定的力加載，則允許固定點或周圍區域有永久變形，包括部分斷裂或產生裂紋。試驗期間，上有效固定點應滿足（1）的要求，下有效固定點的最小間隔應滿足（2）的要求。

（1）上固定點滿足要求：

安全帶上有效固定點應在與汽車縱向中心面垂直且過R 點的鉛垂平面后方且應在C點的水平面上方。

C點位于R點鉛垂上方450mm處，若S大于280，則C和R之間的鉛垂距離應為500mm。

S為安全帶上有效固定點至平行于車輛縱向中心平面的基準平面P即座椅的中心平面的距離。

（2）下固定點滿足要求：

分別通過同一安全帶兩個下固定點的最小間隔不得小于350mm。對M1和N1類車輛的后排中央乘坐位置，若相對其他乘坐位置是不可移位的，則上述距離不可小于240mm。

2 仿真加載模型建立

2.1 加載模塊模型建立

利用前處理軟件ANSA建立所需加載模塊模型。

加載模塊有限元模型如圖2中左圖所示：

2.2 安全帶單元建立

此分析模型中需用三種安全帶單元，一維安全帶單元、二維安全帶單元及滑環單元。安全帶模型如圖2中右圖所示：

一維安全帶單元用關鍵字ELEMENT_SEATBELT建立，分別用關鍵字SECTION_SEATBELT及MAT_SEATBELT建立一維安全帶單元屬性及材料。

二維安全帶單元用關鍵字ELEMENT_SHELL建立，分別用關鍵字SECTION_SHELL及MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY建立二維安全帶單元屬性及材料。

滑環單元用關鍵字ELEMENT_SEATBELT_SLIPRING建立。

3 案例

3.1 某車型后排座椅基本狀態

后排座椅H點坐標：（2266，0，340）；上有效固定點坐標：（2587，-146，840）；S的長度為：150mm；C點位于R點上方450mm處；初始狀態上有效固定點位于R點上方500mm。

由以上數據可得上有效固定點在試驗或仿真前后的X向位移都應小于321mm，Z向位移都應小于50mm。

一般車輛下有效固定點在設計初期便滿足要求，此車型下固定點滿足法規要求，本文對此不做過多闡述。

車型原狀態稱為初始模型，改進狀態稱為改進模型。

3.2模型改進

經過多次改進仿真分析，最終根據仿真分析結果確定如下改進方案：

增加備件如圖3：

在充分考慮生產工藝及裝配條件下，增加零件A、B、C、D，零件A、C、D采用2mm厚B340LA材料，零件B采用45號鋼。

改進模型仿真變形如圖4：

其中X向位移193mm<321mm，Z向位移40mm<50mm，滿足法規要求。通過后期試驗驗證，此改進方法有效，仿真結果與試驗結果基本一致。

4 結論

此種安全點固定點強度分析方法可有效模擬安全帶固定點強度試驗，可為整車安全性能設計與開發提供有效數據支持，進而減少試驗費用，縮短開發周期。

參考文獻：

[1]ECER14.關于汽車安全帶安裝固定點認證的統一規定

[2]LS-DYNAK970 EYWORD USERS MANUAL