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摘 要：文章主要简单介绍了LS-DYNA的相关内容，通过对汽车安全带固定点系统进行分析，利用LS-DYNA来构建有限元模型，实施仿真设计，以探讨提高汽车安全带固定强度的有效措施。文章加强对汽车安全带固定强度的研究，提出有效改进汽车座椅和车身结构的设计方案，以保障汽车的安全性，维护人们的生命安全，促进汽车行业的可持续发展，为汽车行业带来更多的经济效益和社会效益。
关键词：LS-DYNA;汽车安全带;固定点强度;有效措施
中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）10-0-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.10.045
近年来，随着我国社会经济的高速发展，人们的生活水平逐步提升，出行需求越来越大，对出行工具的安全性也愈发重视。汽车作为人们出行中常见的交通工具之一，取得了不错的发展，受到人们的广泛关注。但与此同时，其也面临着一系列挑战，需从各方面提高汽车的安全性能，以满足人们对汽车安全性的需求，提升汽车的市场竞争力。在这种情形下，汽车制造业应当注重对汽车安全带固定点强度的分析，可充分利用现代科学技术，应用LS-DYNA仿真软件进行科学分析和研究，以不断优化汽车座椅和车身结构，从而提高汽车的安全系数，保障人们的生命安全。
1 LS-DYNA的相关内容
LS-DYNA是几何非线性、材料非线性、接触非线性程序，其以Lagrange算法为主，兼有ALE和Euler算法;以显式求解为主，兼有隐式求解功能;以结构分析为主，兼有热分析、流体-结构耦合功能;以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能，被应用到多个领域中。LS-DYNA具有较好的分析能力，可对多个项目进行有效分析，而且包含了140多种材料模式库，涵盖了单元库以及多种接触方式[1]。由于LS-DYNA带有汽车行业的专门功能，能够对汽车安全带固定点强度进行科学分析，保障汽车的安全性，因此在汽车专业中常被使用，取得了不错的成效。
2 汽车安全带固定点系统分析
2.1 安全带固定点系统
我国对汽车安全带固定点的位置，有着明确的标准规定，表明其可以设置在车辆的构架上，或是设立在车辆的座椅构架上。除此之外，也能够将安全带固定点设置于汽车车辆的其他部件上，或是直接将其分设在各个不同的部件上。对于至少有4个车轮，或有3个车轮且厂定最大总质量超过1 t，除驾驶员座位外，乘客座位超过8个的载客车辆，其前排两个单人座椅、后排两侧座椅采用的是三点式安全带。其中，两个固定点分别设置于立柱的上部和门槛上部，而另一个固定點则主要设置于车身或是座椅内侧骨架上。随着科学技术的进步，有关汽车安全带的标准要求也在不断修订，最新标准中规定新定型的汽车产品，中间座椅也必须采用三点式安全带[2]。两个下固定点在车身，或是车座骨架上，上边的固定点则设置于座椅靠背上，或是汽车车身顶棚上。如果固定点设置于座椅上，则需要其具有较高的强度，文章所研究的CDV车型便是将安全固定点设置在座椅上。
2.2 汽车安全带固定点强度试验
在研究汽车安全带固定点强度时，可通过试验方式进行有效分析。
首先，要明确上下人体模块，于汽车车辆安全带固定点系统中设置相应的试验装置，做好试验准备工作。如图1所示，其中1指的是中间座椅位置上的固定点，2指的是上人体模块，3指的是下人体模块。
主要采用静态试验模式，检查汽车安全带固定点的强度，看其是否符合规定标准的要求。其次，在试验过程中，需要先固定车辆，所有车辆的装置要和被测固定点保持一定的距离，前方至少要超过500毫米，后方则需要在300毫米以上，而且不可加强周围部分，或是减弱构架正常的变形。
完成上述内容后，还需要同时试验汽车同排座椅的安全带固定点，需控制好施加载荷的方向，一般情况下，是平行于车辆水平方面中心平面和水平线，向上5°～15°方向。可通过模拟织带的方式，同时施加试验载荷于上人体模块和下人体模块，试验荷载的数值可控制在13 kN左右[3]。如若汽车的安全带固定点位于座椅骨架上，那么还要向座椅施加荷载，力度为座椅总质量的20倍。可以预先加载10%的总载荷，再进行平滑加载作业。但需要注意的是，要于4秒内完成加载工作，而且加载状态应当持续0.2秒。最后，要控制好汽车安全带固定点的强度。
完成试验后，需注意以下几点：第一，可以允许固定点或其周围区域，有永久变形状况发生，比如出现部分断裂，或有裂纹产生，但必须确保此固定点有效;第二，汽车安全带上固定点和下固定点之间，应当按照相关标准要求保持一定的间距。
2.3 构建有限元模型
以CDV车型为例，在对其进行有限元仿真设计时，需要先构建有限元模型。可截取车身模型中的后半部，于有限元模型中导入车辆座椅和加载装置，并且正确定位汽车上人体模块和下人体模块，将座椅靠背调成设计角度。基于相关标准要求的内容，对有限元模型设置其他的边界条件，合理简化有限元模型，以便减少分析时间，但前提是不可影响最终的计算结果。
在完成有限元模型建立工作后，需要对其进行仿真分析，以获取最终的结构，可利用LS-DYNA软件计算模型，得出仿真结果，主要计算内容包括但不限于各个结构的变形数据、应力应变数据、位移数据等[5]。关键结构变形图如图2所示。
座椅发生了翻转，座椅自身的靠背和坐垫之间的夹角也有所改变。四个下固定点安装于座椅后支撑上，可将其受到的荷载直接传递到汽车底板横梁上。
2.4 提高汽车安全带固定点强度的有效措施
在对汽车安全带固定点进行仿真分析后，需要明确应当改进的地方。比如，要通过强化汽车横梁、座椅靠背支撑板的刚度、强度，来避免其发生较为严重的变形，使之保持稳定。应当针对实际情况及标准要求，进行横梁、纵梁部位的设计，确保两者的搭接部分具有紧密性。扩展其接触面积，提高搭接部位焊点密度，以便使其连接强度得到提升。如若不能通过点焊进行处理的部位，则可使用二氧化碳保护焊工艺，以避免该部位出现失效现象。在进行调整和改进后，同样可以利用仿真结果查看其是否能够达到标准要求。在实施改进方案后，汽车座椅不会发生车身翻转状况，而且靠背倾角也能够得到有效改善，设置于座椅靠背上的安全带固定点，能够符合安全要求[4-5]。其不仅大大提升了座椅靠背下部的支撑强度，而且也形成了矩形截面梁。当其受到外界冲击时，座椅的弹性变形能够起到一定的缓冲作用，减少冲击力，将座椅靠背角控制在适宜范围内。可直接通过LS-DYNA软件进行计算，以找到底板横梁纵向最大的拱起量数值，改善横梁的刚度，有效约束座椅。
3 结语
总而言之，在进行汽车安全带固定点强度分析时，应当科学利用LS-DYNA软件，通过构建科学的有限元模型及仿真设计，进行相应的处理。找到其中需要改进的部分，实施有效措施加以改善，提高汽车安全带固定点的强度，使之更加安全，能够保障人们的生命财产安全。要从多方面进行把控，根据实际情况采取针对性改进方式，从而推动汽车行业的长远发展。
参考文献
[1] 肖永富，王雁飞，徐中皓，等.基于LS-Dyna的某商用车座椅安全带固定点强度分析[C].2015中国汽车工程学会年会论文集（Volume2），2015（1）：23-25.
[2] 郑松林，陈虹吟，曹心平，等.基于LS-DYNA的某商用车座椅安全带固定点强度分析与优化[J].现代制造工程，2016（3）：75-80.
[3] 付景顺，路家傲.汽车安全带固定点强度分析与改进[J].机电产品开发与创新，2015（5）：69-71.
[4] 廉振红.基于LS-DYNA的汽车安全带固定点强度分析[J].内燃机与配件，2020（4）：39-41.
[5] 吴杰君，潘磊，龚衡.汽车后排安全带固定点强度有限元分析应用[J].科技致富向导，2015（3）：370.
关键词：LS-DYNA;汽车安全带;固定点强度;有效措施
中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）10-0-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.10.045
近年来，随着我国社会经济的高速发展，人们的生活水平逐步提升，出行需求越来越大，对出行工具的安全性也愈发重视。汽车作为人们出行中常见的交通工具之一，取得了不错的发展，受到人们的广泛关注。但与此同时，其也面临着一系列挑战，需从各方面提高汽车的安全性能，以满足人们对汽车安全性的需求，提升汽车的市场竞争力。在这种情形下，汽车制造业应当注重对汽车安全带固定点强度的分析，可充分利用现代科学技术，应用LS-DYNA仿真软件进行科学分析和研究，以不断优化汽车座椅和车身结构，从而提高汽车的安全系数，保障人们的生命安全。
1 LS-DYNA的相关内容
LS-DYNA是几何非线性、材料非线性、接触非线性程序，其以Lagrange算法为主，兼有ALE和Euler算法;以显式求解为主，兼有隐式求解功能;以结构分析为主，兼有热分析、流体-结构耦合功能;以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能，被应用到多个领域中。LS-DYNA具有较好的分析能力，可对多个项目进行有效分析，而且包含了140多种材料模式库，涵盖了单元库以及多种接触方式[1]。由于LS-DYNA带有汽车行业的专门功能，能够对汽车安全带固定点强度进行科学分析，保障汽车的安全性，因此在汽车专业中常被使用，取得了不错的成效。
2 汽车安全带固定点系统分析
2.1 安全带固定点系统
我国对汽车安全带固定点的位置，有着明确的标准规定，表明其可以设置在车辆的构架上，或是设立在车辆的座椅构架上。除此之外，也能够将安全带固定点设置于汽车车辆的其他部件上，或是直接将其分设在各个不同的部件上。对于至少有4个车轮，或有3个车轮且厂定最大总质量超过1 t，除驾驶员座位外，乘客座位超过8个的载客车辆，其前排两个单人座椅、后排两侧座椅采用的是三点式安全带。其中，两个固定点分别设置于立柱的上部和门槛上部，而另一个固定點则主要设置于车身或是座椅内侧骨架上。随着科学技术的进步，有关汽车安全带的标准要求也在不断修订，最新标准中规定新定型的汽车产品，中间座椅也必须采用三点式安全带[2]。两个下固定点在车身，或是车座骨架上，上边的固定点则设置于座椅靠背上，或是汽车车身顶棚上。如果固定点设置于座椅上，则需要其具有较高的强度，文章所研究的CDV车型便是将安全固定点设置在座椅上。
2.2 汽车安全带固定点强度试验
在研究汽车安全带固定点强度时，可通过试验方式进行有效分析。
首先，要明确上下人体模块，于汽车车辆安全带固定点系统中设置相应的试验装置，做好试验准备工作。如图1所示，其中1指的是中间座椅位置上的固定点，2指的是上人体模块，3指的是下人体模块。
主要采用静态试验模式，检查汽车安全带固定点的强度，看其是否符合规定标准的要求。其次，在试验过程中，需要先固定车辆，所有车辆的装置要和被测固定点保持一定的距离，前方至少要超过500毫米，后方则需要在300毫米以上，而且不可加强周围部分，或是减弱构架正常的变形。
完成上述内容后，还需要同时试验汽车同排座椅的安全带固定点，需控制好施加载荷的方向，一般情况下，是平行于车辆水平方面中心平面和水平线，向上5°～15°方向。可通过模拟织带的方式，同时施加试验载荷于上人体模块和下人体模块，试验荷载的数值可控制在13 kN左右[3]。如若汽车的安全带固定点位于座椅骨架上，那么还要向座椅施加荷载，力度为座椅总质量的20倍。可以预先加载10%的总载荷，再进行平滑加载作业。但需要注意的是，要于4秒内完成加载工作，而且加载状态应当持续0.2秒。最后，要控制好汽车安全带固定点的强度。
完成试验后，需注意以下几点：第一，可以允许固定点或其周围区域，有永久变形状况发生，比如出现部分断裂，或有裂纹产生，但必须确保此固定点有效;第二，汽车安全带上固定点和下固定点之间，应当按照相关标准要求保持一定的间距。
2.3 构建有限元模型
以CDV车型为例，在对其进行有限元仿真设计时，需要先构建有限元模型。可截取车身模型中的后半部，于有限元模型中导入车辆座椅和加载装置，并且正确定位汽车上人体模块和下人体模块，将座椅靠背调成设计角度。基于相关标准要求的内容，对有限元模型设置其他的边界条件，合理简化有限元模型，以便减少分析时间，但前提是不可影响最终的计算结果。
在完成有限元模型建立工作后，需要对其进行仿真分析，以获取最终的结构，可利用LS-DYNA软件计算模型，得出仿真结果，主要计算内容包括但不限于各个结构的变形数据、应力应变数据、位移数据等[5]。关键结构变形图如图2所示。
座椅发生了翻转，座椅自身的靠背和坐垫之间的夹角也有所改变。四个下固定点安装于座椅后支撑上，可将其受到的荷载直接传递到汽车底板横梁上。
2.4 提高汽车安全带固定点强度的有效措施
在对汽车安全带固定点进行仿真分析后，需要明确应当改进的地方。比如，要通过强化汽车横梁、座椅靠背支撑板的刚度、强度，来避免其发生较为严重的变形，使之保持稳定。应当针对实际情况及标准要求，进行横梁、纵梁部位的设计，确保两者的搭接部分具有紧密性。扩展其接触面积，提高搭接部位焊点密度，以便使其连接强度得到提升。如若不能通过点焊进行处理的部位，则可使用二氧化碳保护焊工艺，以避免该部位出现失效现象。在进行调整和改进后，同样可以利用仿真结果查看其是否能够达到标准要求。在实施改进方案后，汽车座椅不会发生车身翻转状况，而且靠背倾角也能够得到有效改善，设置于座椅靠背上的安全带固定点，能够符合安全要求[4-5]。其不仅大大提升了座椅靠背下部的支撑强度，而且也形成了矩形截面梁。当其受到外界冲击时，座椅的弹性变形能够起到一定的缓冲作用，减少冲击力，将座椅靠背角控制在适宜范围内。可直接通过LS-DYNA软件进行计算，以找到底板横梁纵向最大的拱起量数值，改善横梁的刚度，有效约束座椅。
3 结语
总而言之，在进行汽车安全带固定点强度分析时，应当科学利用LS-DYNA软件，通过构建科学的有限元模型及仿真设计，进行相应的处理。找到其中需要改进的部分，实施有效措施加以改善，提高汽车安全带固定点的强度，使之更加安全，能够保障人们的生命财产安全。要从多方面进行把控，根据实际情况采取针对性改进方式，从而推动汽车行业的长远发展。
参考文献
[1] 肖永富，王雁飞，徐中皓，等.基于LS-Dyna的某商用车座椅安全带固定点强度分析[C].2015中国汽车工程学会年会论文集（Volume2），2015（1）：23-25.
[2] 郑松林，陈虹吟，曹心平，等.基于LS-DYNA的某商用车座椅安全带固定点强度分析与优化[J].现代制造工程，2016（3）：75-80.
[3] 付景顺，路家傲.汽车安全带固定点强度分析与改进[J].机电产品开发与创新，2015（5）：69-71.
[4] 廉振红.基于LS-DYNA的汽车安全带固定点强度分析[J].内燃机与配件，2020（4）：39-41.
[5] 吴杰君，潘磊，龚衡.汽车后排安全带固定点强度有限元分析应用[J].科技致富向导，2015（3）：370.