[發(fā)明專利]連續(xù)纖維增強熱固性復(fù)合材料座椅骨架優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711043332.8
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107679343B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張君媛;李仲玉;張秋實;姜哲;王丹琦;郭強;紀夢雪;舒暢;陸炳全
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F111/04;G06F113/26
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 齊安全

本發(fā)明屬于汽車用復(fù)合材料研究領(lǐng)域，公開了一種連續(xù)纖維增強熱固性復(fù)合材料座椅骨架優(yōu)化方法，包括座椅骨架有限元分析計算；座椅骨架靜態(tài)工況鋪層優(yōu)化；座椅骨架動態(tài)工況下驗證計算：對優(yōu)化后座椅骨架進行行李塊抗沖擊臺車實驗的模擬仿真，并通過Ls?dyna仿真后處理軟件進行計算，查看座椅骨架是否滿足法規(guī)要求；座椅骨架有限元分析計算包括：結(jié)構(gòu)簡化；網(wǎng)格劃分；材料及屬性的定義；加載的設(shè)置；計算設(shè)置和輸出：座椅骨架靜態(tài)工況鋪層優(yōu)化包括：拓撲優(yōu)化；尺寸優(yōu)化；順序優(yōu)化；本發(fā)明解決連續(xù)纖維增強熱固性復(fù)合材料鋪層厚度、角度和順序設(shè)計問題，可用于車用復(fù)合材料的材料?結(jié)構(gòu)?性能一體化設(shè)計中，快速高效設(shè)計出滿足汽車性能要求的輕量化部件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于汽車用復(fù)合材料研究領(lǐng)域的一種優(yōu)化方法，更確切地說，本發(fā)明涉及一種連續(xù)纖維增強熱固性復(fù)合材料座椅骨架優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

汽車座椅是整個汽車結(jié)構(gòu)件中與人體接觸最緊密的部件，當汽車發(fā)生交通事故時，也直接影響到乘員的安全性。座椅安全性與整車安全性分類方式相同，主要分為主動安全性和被動安全性。其中座椅的主動安全性，主要針對駕駛員座椅而言，是指座椅能夠合理有效地避免交通事故發(fā)生的能力；座椅的被動安全性，即當交通事故不可避免的發(fā)生時，座椅能夠為車內(nèi)成員提供一定的支撐與生存空間。同時可以通過座椅的合理變形和結(jié)構(gòu)設(shè)計將乘員受到的碰撞能量進行吸收或者傳遞與座椅相連的車體，進而將乘員的碰撞傷害降至最低程度的性能。另外，在當下能源日益緊張環(huán)保問題逐漸受到各國高度重視的情況下，汽車的輕量化設(shè)計應(yīng)運而生，也成為目前汽車發(fā)展的主流方向。所謂汽車輕量化，即在保證汽車基本行駛性能的前提下，通過對車用材料、加工成型工藝以及車體結(jié)構(gòu)等方面的不斷更新和優(yōu)化，以實現(xiàn)降低整車重量的目的，并進一步提高整車的行駛動力性與燃油經(jīng)濟性，同時降低二氧化碳的排放量。目前實現(xiàn)座椅骨架輕量化的途徑主要有三種，即結(jié)構(gòu)優(yōu)化、更新零件加工工藝和連接工藝以及更換輕質(zhì)材料。連續(xù)纖維增強熱固性復(fù)合材料是目前認為最具有應(yīng)用前景的輕質(zhì)材料，然而當前研究大多只是進行簡單對傳統(tǒng)金屬材料替換，對抗沖擊性能不滿足部位通常采用增加板厚等方式以滿足要求。

這種方式?jīng)]有充分利用復(fù)合材料可設(shè)計性能，且輕量化效果不明顯，有必要對連續(xù)纖維增強熱固性復(fù)合材料進行材料-結(jié)構(gòu)-性能一體化設(shè)計。

連續(xù)纖維增強熱固性復(fù)合材料座椅骨架優(yōu)化目的在于充分利用纖維增強復(fù)合材料的比強度、比模量高、耐腐蝕性、抗疲勞等優(yōu)點，其鋪層厚度、角度以及順序?qū)τ诓牧咸匦阅芏季哂兄陵P(guān)重要的關(guān)系，現(xiàn)將拓撲優(yōu)化、尺寸優(yōu)化以及順序優(yōu)化應(yīng)用到連續(xù)纖維增強熱固性復(fù)合材料座椅骨架優(yōu)化中以達到汽車輕量化效果。

董銀飛等人在鋪層角度和順序方面直接選取復(fù)合材料結(jié)構(gòu)常見四種鋪層形式(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，根據(jù)仿真結(jié)果選取鋪層設(shè)計。景釗等人對等厚度復(fù)合材料層板提出一種離散鋪層順序優(yōu)化設(shè)計方法。然而，均未充分利用復(fù)合材料的可設(shè)計性，即對鋪層厚度、角度和順序三部分進行優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決連續(xù)纖維增強熱固性復(fù)合材料鋪層厚度、角度和順序設(shè)計問題，提供了一種拓撲優(yōu)化、尺寸優(yōu)化和順序優(yōu)化的設(shè)計方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種連續(xù)纖維增強熱固性復(fù)合材料座椅骨架優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟一：座椅骨架有限元分析計算；

步驟二：座椅骨架靜態(tài)工況鋪層優(yōu)化；

步驟三：座椅骨架動態(tài)工況下驗證計算。

步驟一中所述的座椅骨架有限元分析計算包括以下具體步驟：