在我国，随着家庭轿车越来越多地走进人们的生活，汽车的舒适性和安全性开始得到越来越多的关注。汽车座椅作为汽车中与人直接接触的部件，其舒适性和安全性研究也开始受到汽车用户和生产制造厂商的重视。1992年我国在原有汽车座椅法规的基础上，参考国外汽车座椅的相关法规，制定了更为详细的汽车座椅系统安全性法规，于1995年开始实施。法规的强制实施，使许多座椅厂家开始重视座椅系统安全性能。在按照传统经验改进座椅结构的同时，他们也开始与高校等研究机构合作研究座椅设计的新方法。同时，现代汽车座椅设计正向着多功能、轻量化和低成本的方向发展，传统的座椅设计方法已经不能满足现代座椅设计的要求，需要一种成熟、可靠和快捷的设计方法。在国外，许多成功经验证明有限元仿真分析的方法能够很好的辅助现代座椅设计，其已成为座椅设计中非常重要的方法。仍在起步阶段的我国的座椅设计更加需要这样一股新鲜血液的注入，使其能快速发展起来，真正实现与世界接轨。本课题的研究工作就是在这样的背景下展开的。座椅的安全性主要包括静强度特性和动强度特性两方面。座椅静强度特性主要指座椅在静载荷下座椅骨架的强度特性和座椅头枕后移量及头枕静强度。座椅动强度特性是指座椅在冲击载荷的作用下座椅系统吸收碰撞能量、减少乘员伤害的能力。本文主要针对座椅的静强度特性，采用有限元模拟的方法，应用UG、Hypermesh和ABAQUS等CAD、CAE软件，建立了座椅结构的有限元模型，参照国家标准，对某国产轿车座椅的静强度特性进行了仿真分析，并得到了试验验证。本文的主要内容如下：1．按照国家法规进行座椅静强度和头枕后移量试验。为了验证仿真模型的可靠性，本文按照国家法规要求我们进行了座椅静强度和头枕后移量及头枕静强度的试验研究。试验采用非电物理量的电测量法，通过在座椅骨架测试点上粘贴的电阻应变片在载荷作用下电阻的变化，经过数据处理得到测点的应力值。在对比试验数据与仿真结果的基础上，本文对试验误差进行了分析研究，总结了试验误差产生的原因，提出了减少试验误差的方法。2．建立座椅静强度和头枕后移量仿真分析的有限元模型。根据座椅的结构特点和承受载荷时的座椅系统的载荷分配情况，本文忽略了座椅软垫和<WP=74>弹性原件对座椅静强度特性的影响，仅建立了座椅骨架的有限元模型。该模型包含壳单元和梁单元两种单元类型，共有16458个结点和16188个单元，并对座椅结构中焊接、螺钉连接、销连接等连接方式进行了简化。3．在座椅后移量和座椅静强度仿真模型中，因为座椅头枕软垫对座椅头枕后移量和静强度的影响不能忽略，所以本文在座椅静强度仿真模型的基础上建立了座椅头枕骨架和软垫的有限元模型。该模型共有16952个结点和17190个单元。4．参考国家法规的有关规定，在座椅静强度和后移量有限元模型的基础上，本文对座椅的静强度特性进行了仿真分析。仿真分析时，根据试验选择加载和约束方式进行计算，使仿真分析的结果与试验结果更具可比性。通过与试验结果的对比，测点应力仿真结果的平均误差都在15％之内，可以认为仿真模型具有一定的精度，仿真分析的结果是有效的，建立模型的方法是可行的。同时分析了仿真分析与试验结果误差产生原因，提出改进模型的方法，为下一步工作提供了参考。由于座椅头枕后移量和静强度试验加载方法比较复杂，在进行头枕后移量和静强度仿真分析时，对加载方式进行了简化，使模型更加简单。经过试验与仿真分析结果的对比，证明这种简化方法是可行的。 5．座椅结构优化设计。本文所研究的座椅已经投入市场近三十年的时间，期间虽然经过数次改进，但与现代座椅设计相比，整体结构已略显落后。虽然其结构仍能满足法规要求，加工工艺复杂，且经济性较差。参考其他座椅结构，根据课题组以前的工作经验，我们在现有座椅结构基础上对座椅靠背骨架进行了优化。通过仿真分析的对比，确定了使用轧制薄壁钢管结构代替原结构中的冲压薄板结构的优化方案，并按照国家法规进行仿真分析。仿真结果显示，改进后的座椅结构完全符合我国法规要求，靠背总成质量减少了28.04％，且加工工艺更为简单，经济性更好。本文的意义在于：1．消化吸收了有限元软件Hypermesh和ABAQUS，掌握了应用以上两种软件建立座椅骨架静强度有限元分析的一般方法，为后面的工作打下了基础。2．通过试验与仿真分析的对比，验证了本文建立座椅静强度有限元分析模型和简化模型的方法是可行的，对座椅结构的各种联接方式的模拟也是有效的，可以成为座椅结构设计可靠的辅助方法，能够有效地缩短产品开发<WP=75>周期，节约设计成本。3．讨论了试验与仿真结果误差的产生原因，为校正仿真模型，更好地改进试验提供了参考。4．对座椅靠背骨架结构进行了优化，通过仿真分析验证了方案的可行性。优化结构与原结构相比，加工工艺更简单，具有更好的经济性。