張敏 胡詩(shī)鋒

摘 要：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的汽車座椅骨架構(gòu)件是在經(jīng)驗(yàn)的支撐下所進(jìn)行的，這樣的方式使得最終的設(shè)計(jì)效率偏低且難以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的性價(jià)比。所以，在技術(shù)的發(fā)展更新下，并在結(jié)構(gòu)拓?fù)浼夹g(shù)不斷優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對(duì)于座椅骨架構(gòu)件布局設(shè)計(jì)提出了全新的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，這就需要在確切的骨架外觀形狀和座椅構(gòu)件的整體尺寸要求下來(lái)確定設(shè)計(jì)區(qū)域，在技術(shù)的支撐下確定科學(xué)可行的實(shí)施方案，最大化的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)布局的最優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：汽車座椅；骨架構(gòu)件；布局設(shè)計(jì)方式

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量和需求水平在不斷的上升，使得在逐漸的發(fā)展中，汽車行業(yè)成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)之一，成為工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要影響因素，甚至于涵蓋了整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的工作內(nèi)容。所以，在基本的設(shè)計(jì)建設(shè)中，需要將其作為耐用消費(fèi)產(chǎn)品的作用有效的發(fā)揮出來(lái)，從基本的研發(fā)和設(shè)計(jì)到后期的生產(chǎn)、銷售以及維護(hù)等形成一個(gè)完成有效的體系，確保整體行業(yè)的質(zhì)量和效率。在整個(gè)體系建設(shè)中，研發(fā)和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是對(duì)產(chǎn)品后續(xù)的預(yù)期的性能有效實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這就體現(xiàn)了在具體應(yīng)用過程中對(duì)各種零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在進(jìn)行整體性的研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)的重要性。

1 汽車座椅骨架構(gòu)件布局設(shè)計(jì)分析

在社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展運(yùn)行下，我國(guó)的制造業(yè)也得到長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步。在進(jìn)行汽車座椅的初期結(jié)構(gòu)設(shè)置時(shí)，主要通過結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件材料分布和整體布局的設(shè)計(jì)，進(jìn)而得出初步階段的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行模型的創(chuàng)建，確保具體設(shè)計(jì)同整體機(jī)構(gòu)的形狀和面貌以及尺寸之間的最優(yōu)化，并在同實(shí)際狀況相協(xié)調(diào)一致的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)真正的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。通過這樣的方式能夠極大地提高整體的設(shè)計(jì)效率和后續(xù)的開發(fā)周期，并且在進(jìn)行模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上減少不必要的修改過程，使得整體性的開發(fā)成本有所降低，并提升了自身產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

在優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，拓?fù)鋬?yōu)化是最具有生命力色彩的研究方向，能夠極大地實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)給定設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的材料分布實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的布局，一般情況下的應(yīng)用方法有變密度法、水平集方法和均勻化法以及變厚度法等。近年來(lái)，在對(duì)汽車的零部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，通過拓?fù)浼夹g(shù)的應(yīng)用已經(jīng)取得了有效的進(jìn)展。

汽車內(nèi)飾中汽車座椅系統(tǒng)是重要的部件構(gòu)成部分，對(duì)乘員起著重要的保護(hù)作用，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，金屬骨架自身的剛度特性是座椅設(shè)計(jì)過程中需要考慮的核心問題。就傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言，多是通過經(jīng)驗(yàn)化的思維活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整體的設(shè)計(jì)，難以確保整體結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。所以，在基于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的拓?fù)湓O(shè)計(jì)而言，需要明確基本的結(jié)構(gòu)狀況，然后再明確設(shè)計(jì)的應(yīng)用區(qū)域，進(jìn)而進(jìn)行模型創(chuàng)建，以確保整體運(yùn)行結(jié)果的有效性。

2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方法設(shè)計(jì)

2.1 汽車座椅骨架結(jié)構(gòu)分析

汽車座椅的骨架結(jié)構(gòu)主要有純板結(jié)構(gòu)和板管結(jié)構(gòu)以及管鋼絲結(jié)構(gòu)三種。在基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，純板結(jié)構(gòu)是由鈑金件對(duì)壓延金進(jìn)行沖壓之后所形成的，板管結(jié)構(gòu)主要是通過管件和鈑金件焊接而成的，管鋼絲結(jié)構(gòu)則是通過鋼絲和管件焊接而成的。一般情況下，汽車采用相對(duì)頻繁的是板管結(jié)構(gòu)，因其與其他兩種相較而言工藝較為簡(jiǎn)單，并且因其結(jié)構(gòu)的因素還能在整體布局上提高座椅的骨架剛度。

2.2 構(gòu)件布局設(shè)計(jì)和方法流程應(yīng)用

在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，基本的應(yīng)用流程分為優(yōu)化設(shè)計(jì)階段和新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段。這就需要對(duì)整體結(jié)構(gòu)中所選定的區(qū)域進(jìn)行模型的分析和設(shè)計(jì)，進(jìn)入優(yōu)化設(shè)計(jì)的運(yùn)行階段，然后再對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行分析，進(jìn)而在基于拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用下采用變密度法進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，并在合理模型的支撐下，實(shí)現(xiàn)整體性的優(yōu)化，并將最終的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行效果輸出驗(yàn)證，如果優(yōu)化效果不甚明顯的話，則需要對(duì)模型設(shè)計(jì)重新進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，在整體優(yōu)化完成之后，則進(jìn)入到新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，通過上一階段的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果分析，需要實(shí)現(xiàn)新結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)，然后開展性能比較分析，然后對(duì)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)同原結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效的分析，檢驗(yàn)其是滿足整體的設(shè)計(jì)要求，滿足情況下則得到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，構(gòu)件布局結(jié)束；如果沒有實(shí)現(xiàn)整體的滿足，則需要重新進(jìn)行模型的分析，以達(dá)到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)要求。

其中，采用的變密度法主要在同行材料的應(yīng)用中，將各個(gè)單元內(nèi)的相對(duì)密度確認(rèn)為整體設(shè)計(jì)的變量，然后進(jìn)行單元材料和密度的物理屬性設(shè)定，并尋求其間或許存在的某種對(duì)應(yīng)關(guān)系，并通過連續(xù)變量的密度函數(shù)形式進(jìn)行具體的顯性形式表達(dá)，一般情況下，單元內(nèi)的設(shè)計(jì)變量是具有唯一性的。在具體應(yīng)用中，該方法具有高效的計(jì)算效率和程序?qū)崿F(xiàn)的簡(jiǎn)單化，而且其中所采用的單元密度是相對(duì)性的參數(shù)，確保了同實(shí)際情況的有效結(jié)合。在工程研究應(yīng)用中，變密度法在不斷的得到重視和推廣，并在不斷的研究上實(shí)現(xiàn)了有效的應(yīng)用實(shí)施，并且就目前而言，已經(jīng)在算法上具有一定的可行性，成為采用較多的一種材料插值方式。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立

在進(jìn)行汽車座椅骨架的設(shè)計(jì)時(shí)，剛度特性是需要考慮的關(guān)鍵性因素和問題，所以，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，在保證整體應(yīng)用效率的基礎(chǔ)上提升骨架剛度，但同時(shí)也要確保整體的物體質(zhì)量在規(guī)定的范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)高剛的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所以，在基于拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的變密度法基本原理應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的模型構(gòu)建：

模型公式設(shè)計(jì)中C代表結(jié)構(gòu)運(yùn)行中的應(yīng)變能，V是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化后的體積，V0則為優(yōu)化前的體積，V*代表體積分?jǐn)?shù)[1]。

3 結(jié)束語(yǔ)

為了有效實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用中汽車行業(yè)的科學(xué)化發(fā)展，本文從其主要構(gòu)件的座椅骨架方向出發(fā)，將其在設(shè)計(jì)中采用先進(jìn)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行研究，以確保其在建設(shè)初期能夠?qū)崿F(xiàn)合理的布局設(shè)計(jì)，并且能夠在設(shè)計(jì)的最初環(huán)節(jié)快速的尋找和確認(rèn)構(gòu)件布局的大概位置，突破了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)在應(yīng)用中的重復(fù)測(cè)量，在提高整體設(shè)計(jì)效率的基礎(chǔ)上有效節(jié)約了資源設(shè)計(jì)成本，并且能夠通過最優(yōu)化的設(shè)計(jì)在應(yīng)用的具體環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)座椅骨架的最優(yōu)化，提升汽車使用的有效性和長(zhǎng)久性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張坤，丁曉紅，倪維宇，王海華.汽車座椅骨架構(gòu)件布局設(shè)計(jì)方法[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2015，02：166-171.

作者簡(jiǎn)介：張敏，1987.6，畢業(yè)院校：保定職業(yè)技術(shù)學(xué)院，專業(yè)：計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)。