ＨＹＰＥＲＭＥＳＨ软件提供了２０４，２０６，２０８，２１０，
２１５，２２０等多种体单元类型，根据国外体单元建模 经验与笔者的研究结果，座垫、靠背和头枕泡沫的建 模选用六面体单元（２０８号），质量较四面体单元好， 而且计算速度快（如图２）．
图１骨架底板ＣＡＥ模型
Ｆｉｇ．１ ＣＡＥ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｋｅｌｅｔｏｎ ｐｌａｔｅ
2.内部美容 /list.php/50018772.html 内部美容主要分为车内美容、发动机美容、行
李箱清洁等内容。其中车内美容包括仪表台、顶棚、 地毯、脚垫、座椅、座套、车门衬里的吸尘清洁保护， 以及蒸汽杀菌、冷暖风口除臭、车内空气净化等项目。 发动机美容则包括发动机冲洗清洁、喷上光保护剂、
ｔｈｅ ｃｕｓｈｉｏｎ
公用单元
图６公用节点法
Ｆｉｇ．６ Ｐｕｂｌｉｃ ｎｏｄｅｓ ｍｅｔｈｏｄ
图７杆单元连接法
ｍｅｔｈｏｄ Ｆｉｇ．７ Ｂａｒ－ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ
图８公用单元法 ｒｉｇ．８ Ｐｕｂｌｉｃ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｍｅｔｈｏｄ
刚性杆单元将对应位置的２个节点连接起来．刚性 的杆单元约束住所连接的节点，使其具有相同的自
座椅有限元模型的建立原则为 （１）在保证计算目的和精度的条件下，适当简 化模型． （２）合理选择单元类型，减少输入数据量和计 算时间． （３）合理控制单元大小，相应分配模型单元数． １．１壳单元的选取
收稿日期：２００４—０７—２２
作者简介：王宏雁（１９６２一），女，黑龙江哈尔滨人，工学博士，副教授．Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｈｙ－ｓｏｓ＠ｒｉｐ．ｓｉｎａ．嗍
做翻新处理、三滤清洁(指的是燃油滤清器、机油滤清 器、空气滤清器)等项目。
3.漆面处理 /list.php/50014482.html 漆面处理服务项目可分为氧化膜处理、飞漆处
理、酸雨处理、漆面划痕处理、漆面破损处理及整车 喷漆。漆面处理不仅能使爱车永保“青春”。还能复原 您不慎造成的划痕及破损。更好地保护车身，使汽车 保值。/list.php/50018720.html
四边形单元具有较高的精度和准确度，可以有 效保证座椅有限元模拟计算与实车碰撞结果的一致 性，但四边形单元的计算效率比较低，需要较长机时 才能完成模拟计算．
建立座椅有限元模型时，尽量采用了四边形单 元，尤其是对于座垫、靠背、底座骨架等关键受力部 位，全部采用四边形单元划分网格；个别尺寸、形状 变化较大的区域，如座椅侧两表面相交处，采用了少 量三角形单元．三角单元的比例控制在占总单元数 的１０％以下（如图１）． １．２体单元的选取
4.汽车防护 汽车防护的项目包括贴防爆太阳膜、安装防盗器、 安装静电放电器、安装汽车语音报警装置等。汽车防 护虽然对汽车的美观不产生直接影响，但却能很好地 呵护爱车。/list.php/50014537.html
5.汽车精品 汽车精品是汽车美容的点睛之处，也是一种汽车 生活文化的体现，它致力于把汽车营造成一个流动的
万方数据
第７期
王宏雁，等：汽车座椅有限元建模与计算
９４９
图３座椅骨架 Ｆｉｇ．３ Ｓｋｅｌｅｔｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅａｔ
公用节点
图４座垫外包壳单元
Ｆｉｇ．４
Ｓｈｅｌｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｗｒａｐｐｅｄ ｔｈｅ ｃｍｈｉｏｎ
图５座垫泡沫体单元 Ｆｉｇ．Ｓ Ｆｏａｍ ｓｏｌｉｄ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ
第３２卷第７期 ２００４年７月
同济大学学报（自然科学版） ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＯＮＧＪＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ）
Ｖ０１．３２ Ｎｏ．７ Ｊｕｌ．２００４
汽车座椅有限元建模与计算
王宏雁，张丹
（同济大学汽车学院，上海２０００９２）
摘要：采用“壳一体单元相结合”的方法建立座椅计算机辅助分析（ＣＡＥ）模型．利用Ａｎｓｙｓ软件计算了座垫弹性，与 座椅试验的力一变形曲线对比，以验证建模与材料定义的正确性．另外还利用正面模拟碰撞中乘员的运动响应，分 析了座椅材料的软硬程度对乘员伤害指标的影响．
１座椅模型的建立
在整个有限元求解过程中最重要的环节是有限 元前处理模型的建立．这一般包括几何模型、网格划
分、添加约束与载荷以及定义材料等．它直接影响着 碰撞仿真的计算精度和效率．
建模的基本原则是准确性，为了保证计算精度， 模型必须能够如实反映座椅的几何特性和力学特 性．为了提高模拟计算的效率，在建模时还必须考虑 单元类型、数量和质量等因素．
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓ，Ｔｏｎｇｉｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ．ａｉｄｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃａｒ ｓｅａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ“ｓｈｅｌｌ ａｎｄ ｓｏｌｉｄ
９４８
同济大学学报（自然科学ｒａ）
第３２卷
壳单元的选取应从精度、效率以及对几何型面 进行离散化时的方便性和准确性加以考虑．ＨＹ— ＰＥＲＭＥＳＨ软件提供了１０３，１０４，１０６，１０８号等多种 壳单元类型，座椅骨架有限元模型通常采用三角形 （１０３号）和四边形（１０４号）壳单元．
从几何模拟角度看，采用三角形单元进行空间 型面离散化，较为灵活、方便、准确，尤其易于逼近复 杂的过渡面，在许多ＣＡＤ／ＣＡＭ软件中常常采用三 角形单元，用作基本的离散化单元，但在有限元分析 中，三角形单元的计算精度和准确度较２［２］．
ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ”．ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｏｆ ｓｅａｔ ｗｉｔｈ Ａｎｓｙｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ“ｆｏｒｃｅ—ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ’’
ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｓｅａｔ ｔｅｓｔ，ｗｅ ｅｘａｍｉｎｅ ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｅａｔ ｓｏｆｔｎｅｓｓ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｊｕｒｙ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｉｎ ｆｒｏｎｔａｌ ｃｒａｓｈ ｉｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃａｒ ｓｅａｔ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ；ｍｏｄｅｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
汽车座椅不仅要能够支撑乘员身体的重量，减 轻乘员的疲劳以满足主动安全性要求，还要求能与 安全带和安全气囊匹配，对乘员定位，缓解碰撞的强 度，使乘员的损伤指标达到最小，以满足被动安全性 要求…１．在汽车碰撞安全性模拟分析过程中，乘员 约束系统的作用不可忽视，所以作为系统因素之一 的汽车座椅的建模方法以及它对碰撞模拟分析精度 的影响值得探讨．
美容、漆面处理、汽车防护和汽车精品等几部分。 1.车身美容 /list.php/50018708.html 车身美容主要包括高压洗车，除锈、去除沥青、
焦油等污物，上蜡增艳与镜面处理， 新车开蜡，钢圈、 轮胎、保险杠翻新与底盘防腐涂胶处理等项目。经常 洗车可以清除车表尘土、酸雨、沥青等污染物，防止 漆面及其他车身部件受到腐蚀和损害。适时打蜡不但 能给车身带来光彩亮丽的效果，而且多功能的车蜡能 够无微不至地呵护爱车，可以防紫外线、防酸雨、抗 高温及防静电。/list.php/50014477.html
万方数据
汽车美容类型（一） 汽车/用品/配件/改装/摩托 ●汽车美容之车表护理：无水洗车、泡沫精
无水洗车 /list.php/26.html 致洗车、全自动电脑洗车、中性环保蜡水精细洗车， 底盘清洗，漆面圬渍处理、漆面飞漆处理、新车开蜡、 氧化层去除、漆面封蜡、漆面划痕处理、抛光翻新、 金属件增亮、轮胎增亮防滑、玻璃抛光、轮毂清洁处 理、外饰条清洗、发动机外部美容、划痕快速修复、 汽车漆表的沥青、焦油的去处、顶蓬去污翻新处理、 汽车玻璃防雨防雾处理
●汽车美容之高级美容：漆面封釉、漆面镀膜、汽 车桑拿、底盘装甲、臭氧消毒、划痕修复、专业真皮 修护、内室干洗等。/list.php/50014481.html
汽车美容类型（二）/list.php/50014648.html 现代汽车美容服务大体上可分为车身美容、内部
提供的数据． １．５．２接触定义
由度，以模拟实际焊点的焊接功能，并且还可以定义 杆单元承受的轴向力极限和剪切力极限，当超过极 限力时，杆单元的约束功能消失，从而模拟焊点失 效．公用单元法则可以单独定义公用单元的材料特 性，以模拟实际焊接处的金属材料特性，同时也可定 义相应的焊接失效条件，因此，这种方法可以对焊点 实现精确的模拟，但是工作量十分巨大，不仅需要对 焊点作专门的材料试验，而且在有限元网格处理方 面也具有一定的难度．比较３种焊接模拟方法，公用
关键词：汽车座椅；有限元；建模；计算
中图分类号：Ｕ ２７０．２
文献标识码：Ａ
文章编号：０２５３—３７４Ｘ（２００４）０７—０９４７一０５
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｅａｔｓ
ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇ－ｙａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｄａｎ
/list.php/50014480.html
●汽车美容之内饰翻新：顶棚清洗、车门衬板清洗、 仪表盘清洗护理、桃木清洗、丝绒清洗、地毯除臭、 塑料内饰清洗护理、真皮座椅清洗、全车皮革养护、 全车桑拿、空调风口清洗、座套坐垫清洗、行李箱清 洁护理、全车吸尘处理
座椅骨架部分构件是通过焊接装配的，这就涉 及到零件焊接工艺的模拟．目前，在有限元计算中对 焊接的模拟主要有杆单元连接法、公用单元法和公
用节点法等３种比较成熟的方法，如图６～８所示． 公用节点法是一种比较简单的焊接模拟方法，
即在焊点位置将所对应的２个零件的单元节点连接 起来，两单元公用同一节点，从而模拟焊点的连接功 能．杆单元连接法是指在焊点位置采用一无质量的
图２座椅头枕ＣＡＥ模型 Ｆｉｇ．２ ＣＡＥ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｈｅａｄｒｅｓｔ １．３单元质量的控制 根据经验和计算精度的要求，确定控制单元质 量原则，见表１．