客室座椅骨架设计研究的必要性

随着制造业的快速发展，在产品初期设计阶段 应用结构拓扑优化设计技术进行构件布局或材料分布设计，得到初始的优设计方案，并以此为设计模型，进一步进行结构形貌、形状和尺寸优化的设计，可得到真正优的结构设计方案，而且可提高设计效率，从而很大程度上缩短产品的设计和开发周期，减少了很多不必要的修改过程，降低开发成本，并提高产品的技术含量和市场竞争力．汽车行业作为我国国民经济发展的支柱产业之一，几乎涵盖了整个工业领域的相关内容．作为一种耐用消费产品，从研发、生产、销售到维护，汽车行业已经形成了完整的体系．其中研发过程是决定产品预期性能的关键环节，各种汽车零部件的结构设计在汽车产品研发中 尤为重要［１］ ． 拓扑优化是优化设计领域富有生命力的研究方向［２‐３］ ．

拓扑优化的基本思想是将寻求结构的优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求优材料分布问题，常用的方法有均匀化法、变密度法、变厚 度法和水平集方法等［４‐６］ ．近年来，应用拓扑优化技术对汽车零部件进行优化设计已取得一定的进展．季学荣等为提高汽车罩板的机械性能，运用拓扑优化和形貌优化的设计方法，对某汽车发动机罩板在 轻量化设计的同时使结构的力学性能得到提高［７］ ．刘辉等对某车型变速器箱体结构进行静、动态联合拓扑优化，改进后结构减轻５.９％，同时结构的振动 也有所减弱［８］ ．卢建志等提出了一种考虑挤压工艺约束和应力约束的优化模型，使得汽车座椅的骨架 结构较优化前减重１５％［９］ ．吕兆平等建立某汽车动力总成悬置系统的动力学模型，运用拓扑优化方法，以结构的应变能小为目标函数，约束材料体积，优 化后零件减重９.４％［１０］ ．

汽车座椅系统是汽车内饰中重要部件之一，起到保护乘员的关键作用，金属骨架的刚度特性是汽车座椅设计过程中为核心的问题．传统的汽车座椅骨架构件布局主要根据经验来设计，难以得到性价比优的结构，本文基于结构拓扑优化设计技术，提出了座椅骨架构件布局设计方法．以某轿车的后排板管结构座椅骨架为研究对象，首先根据实际的安全带加载工况、骨架外观形状及尺寸要求，确定设计区域，建立设计模型；然后采用变密度法以结构静刚度大为优化目标对结构进行拓扑优化设计，并根据拓扑优化结果，提出２种不同的布局方案；后根据有限元分析结果确定终的设计方案．在座椅骨架满足静态工况的设计要求的前提下，对优化设计结果进行行李箱后撞的安全性分析，验证是否满足动态碰撞的安全性要求