【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 A先進(jìn)的混合建模技術(shù)2）.CATIA具有在整個(gè)產(chǎn)品周期內(nèi)的方便的修改能力，尤其是后期修改性3）.CATIA所有模塊具有全相關(guān)性4）.并行工程的設(shè)計(jì)環(huán)境使得設(shè)計(jì)周期大大縮短5）.CATIA覆蓋了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程 建立客車(chē)座椅靠背骨架鋼管模型前期得到圖紙之后，認(rèn)真分析、研讀圖紙，弄清楚其各個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并考慮采用何種方法建模和大體的建模步驟是怎樣的。圖26 客車(chē)座椅靠背骨架總成如圖25即是座椅靠背骨架總成圖，通過(guò)分析，該骨架是空間結(jié)構(gòu)。曲線相對(duì)較多，決定采用GSD創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)。Generic Shape Design, GSD，即創(chuàng)成式造型，非常完整的曲線操作工具和最基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造工具，除了可以完成所有曲線操作以外，可以完成拉伸，旋轉(zhuǎn)，掃描，邊界填補(bǔ)，橋接，修補(bǔ)碎片，拼接，凸點(diǎn)，裁剪，光順，投影和高級(jí)投影，倒角等功能，連續(xù)性最高達(dá)到G2，生成封閉片體Volume，完全達(dá)到普通三維CAD軟件曲面造型功能，比如Pro/E。完全參數(shù)化操作。1).首先在xy平面繪制座椅骨架上部草圖，如圖27所示。圖27 在xy平面創(chuàng)建座椅靠背骨架上部草圖2).，以便在這個(gè)平面內(nèi)創(chuàng)建座椅靠背下部曲線，并確保下部曲線與上部曲線相接。結(jié)果如圖28所示。圖28 靠背上部與下部一次曲線3).接下來(lái)通過(guò)對(duì)稱(chēng)命令，建立完整的曲面，如圖29。但是此時(shí)的曲線卻是不光順的，有很多曲率不連續(xù)的點(diǎn)。利用這樣的曲線作為引導(dǎo)曲線掃掠出座椅靠背骨架，將是帶有很多折線，十分不美觀。為了使最終建立的座椅靠背骨架模型較為圓滑，將曲線合并起來(lái)，然后利用“曲線光順”命令將其光順。圖29 光順前靠背骨架曲線 圖210光順后靠背骨架曲線具體操作如下：選擇幾段曲線，然后點(diǎn)擊菜單欄中“插入”，鼠標(biāo)懸停于“操作”項(xiàng)，然后看到一串操作命令，選擇“接合”。將幾段曲線合并成一段曲線，便于下一步進(jìn)行光順。光順后的曲線如圖210所示。4).接下來(lái)就可以在曲線端點(diǎn)處創(chuàng)建一個(gè)半徑R為13mm的圓，然后利用“掃掠”命令，選擇輪廓類(lèi)型為“顯示”，以該圓為“掃掠輪廓”，以剛剛建立的并且經(jīng)過(guò)光順的曲線為“引導(dǎo)曲線”，其他采用默認(rèn)值，點(diǎn)擊“預(yù)覽”，如圖211所示，檢查有無(wú)問(wèn)題，然后點(diǎn)擊“確定”，關(guān)閉對(duì)話框。圖211 預(yù)覽掃掠5).最后建立的座椅靠背骨架鋼管模型如圖212所示：圖212 建立的座椅靠背骨架模型接下來(lái)建立座椅靠背模板的三維模型，觀察發(fā)現(xiàn)，座椅靠背木板和靠背骨架某些曲線比較接近，如圖213。同樣，采用GSD創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)。圖213 靠背木板工程圖觀察圖形并分析得出，主要的建模思想和建模過(guò)程。其上部仍然是在同一個(gè)平面內(nèi)，比較好處理。但其下部卻是空間的曲面形狀，初步考慮可以使用掃掠功能，如果曲面控制不好的話，可以考慮改變掃掠的控制條件以達(dá)到理想的效果。挖出需要的三條槽后，再進(jìn)入“零件設(shè)計(jì)”模塊，利用增厚命令將其增厚成實(shí)體即可。首先在XY平面內(nèi)建立草圖如圖214所示，繪制出木板在主視圖的大體形狀。然后在YZ平面上繪制側(cè)視圖的木板中間的曲線形狀，如圖215所示。接下來(lái)，在草圖一的最低端創(chuàng)建一個(gè)平行于ZX平面，偏移距離為683mm的一個(gè)平面，在這個(gè)平面上繪制A向視圖的大致輪廓，如圖216所示。圖214 靠背木板草圖繪制1 圖215 靠背木板草圖繪制2圖216 在創(chuàng)建的平面上繪制A向視圖大致輪廓接下來(lái)，創(chuàng)建YZ偏移平面偏移198mm的平面，繪制木板側(cè)視圖邊緣輪廓曲線。并將其對(duì)稱(chēng)到另一側(cè)位置。到這一步時(shí)，主要的曲線已經(jīng)建立完成，接下來(lái)要做是將這些曲線進(jìn)行必要的分割，連接，光順等操作，以便為下面的“掃掠”帶來(lái)方便，如圖217所示。接著利用“掃掠”命令，創(chuàng)建座椅靠背木板下部曲面，如圖218所示。這里需要說(shuō)明的是，以哪條曲線為“掃掠輪廓”，以哪條曲線為“引導(dǎo)曲線”是極其重要的。圖217 木板下部曲線圖218 利用“掃掠”命令創(chuàng)建的木板下部曲面下部木板表面建立完成后，創(chuàng)建木板三維模型工作的難點(diǎn)就基本掃除了。將上部輪廓建立完整，直接填充生成表面即可，然后在XY平面上繪出三個(gè)矩形，并將其沿對(duì)稱(chēng)方向拉伸出一段距離，形成一個(gè)拉伸面。最后，以木板表面為“要切除的元素”，以拉伸面為“切除元素”，并預(yù)覽確定是槽型內(nèi)部被切除，如不是，單擊按鈕“另一側(cè)”，滿足要求了，點(diǎn)擊“確定”，關(guān)閉對(duì)話框即可。接下來(lái)進(jìn)入“零件設(shè)計(jì)”模塊，將剛剛建立完整的曲面“增厚”成實(shí)體，如圖219所示。圖219 利用“厚曲面”功能創(chuàng)建木板實(shí)體模型其他部件的三維模型創(chuàng)建過(guò)程與上述大致相同。也有不少部件的創(chuàng)建是利用“零部件設(shè)計(jì)”模塊完成的，但其建模過(guò)程大同小異。部分部件三維模型如下，如圖220為底座骨架模型，如圖221為座墊和靠背海綿外表面模型，如圖222為利用“零部件設(shè)計(jì)”模塊設(shè)計(jì)的凸輪模型，如圖223為座椅下部支撐板模型，如圖224為組裝完成的某長(zhǎng)途客車(chē)乘員座椅。圖220 底座骨架模型圖221 靠背海綿與座墊外表面模型（已添加材料屬性）圖222 凸輪模型圖223 下部支撐板模型圖224 組裝完成的某長(zhǎng)途客車(chē)乘員座椅第三章 座椅的試驗(yàn)與評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)與鑒定汽車(chē)座椅的優(yōu)劣，主要應(yīng)考慮下述幾點(diǎn)：1）座椅的靜態(tài)特性，如體壓分布、人的乘坐姿勢(shì)與觸感等。2）座椅的動(dòng)態(tài)特性，即垂直、縱向與側(cè)向的振動(dòng)特性。3）座椅的調(diào)節(jié)方式與范圍，即其適應(yīng)性能。4）座椅的結(jié)構(gòu)輕度、外觀造型與品質(zhì)、成本等。一個(gè)好的座椅應(yīng)是上述諸項(xiàng)性能的最佳匹配。對(duì)于被評(píng)價(jià)的座椅，可以先測(cè)定其各項(xiàng)性能，再作出綜合評(píng)價(jià)。有關(guān)座椅的各類(lèi)試驗(yàn)簡(jiǎn)介如表31所示：表31 各類(lèi)座椅試驗(yàn)簡(jiǎn)介序號(hào)試驗(yàn)名稱(chēng)試驗(yàn)內(nèi)容試驗(yàn)?zāi)康?座椅振動(dòng)參數(shù)的測(cè)試座墊剛度的測(cè)定和座墊阻尼系數(shù)的測(cè)定測(cè)定座椅的振動(dòng)參數(shù)，評(píng)價(jià)座椅振動(dòng)特性2座椅的傳遞特性的測(cè)試測(cè)出座椅對(duì)振動(dòng)的傳遞率隨頻率而變化的頻響函數(shù)測(cè)定座椅衰減振動(dòng)的能力3座椅的隨機(jī)振動(dòng)臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)量座墊上的加速度均方根值測(cè)定座椅減振性能4座椅平順性的實(shí)車(chē)道路試驗(yàn)測(cè)定加速度自功率譜曲線評(píng)價(jià)座椅與懸架的匹配關(guān)系5座椅的靜壓特性試驗(yàn)座椅表面形狀測(cè)試和體壓分布試驗(yàn)測(cè)定座椅靜壓特性，評(píng)價(jià)座椅舒適性6座椅的適應(yīng)性能試驗(yàn)測(cè)量座椅的幾何尺寸、角度及調(diào)整范圍。評(píng)價(jià)座椅的適應(yīng)性7座椅的強(qiáng)度試驗(yàn)座椅骨架固定強(qiáng)度試驗(yàn)，向靠背加載的強(qiáng)度試驗(yàn)，向頭枕加載的強(qiáng)度試驗(yàn)，靠背的疲勞試驗(yàn)和座墊的疲勞試驗(yàn)測(cè)定有關(guān)部件的強(qiáng)度8座椅的安全性試驗(yàn)包括撞車(chē)試驗(yàn)和座椅安全帶試驗(yàn)測(cè)定座椅的安全性 CAE分析試驗(yàn)方案根據(jù)GB13057《客車(chē)座椅及其車(chē)輛固定件的強(qiáng)度》有關(guān)靜態(tài)試驗(yàn)要求，確定骨架靜強(qiáng)度分析試驗(yàn)方案。具體試驗(yàn)方案及要求簡(jiǎn)介如下：對(duì)試驗(yàn)裝置的要求：1).施力所用的模板的示意圖見(jiàn)圖31，其曲率半徑為(82177。3)mm，上部模板的寬度至少等于每個(gè)乘坐位置被試座椅靠背的寬度，下部模板寬度等于320mm。圖31靜態(tài)試驗(yàn)裝置2).與座椅部件接觸的表面材料的硬度應(yīng)不小于邵爾A80。3).每個(gè)圓柱面應(yīng)至少安裝一個(gè)力傳感器，以測(cè)定規(guī)定的力。第一步，用該裝置對(duì)每個(gè)乘坐位置的座椅后部施加一個(gè)(1000/H1177。150)N的試驗(yàn)力（在有關(guān)乘坐位置的縱向中心面內(nèi)水平測(cè)量）。1).施力方向應(yīng)位于相應(yīng)乘坐位置的垂直中心面內(nèi)，水平方向，從座椅后部向前。2).施力高度H，準(zhǔn)確高度由制造廠決定。第二步，一個(gè)等于(2 000/H2177。100)N的試驗(yàn)力應(yīng)同時(shí)施加在座椅后部，對(duì)應(yīng)于座椅的每個(gè)乘坐位置，在該位置的垂直中心面和水平向前方向。一只座椅有多于一個(gè)乘坐位置時(shí)，應(yīng)對(duì)每個(gè)座位同時(shí)施力，因此應(yīng)有與座位數(shù)相等的上模板和下模板。按照第一步施加的每個(gè)試驗(yàn)力，為使乘坐的乘客能被其前方座椅恰當(dāng)?shù)叵拗谱?，則要達(dá)到：施力中心點(diǎn)的最大位移不超過(guò)400mm， (見(jiàn)圖32).按照第二步施加的每個(gè)試驗(yàn)力，乘坐的乘客未受?chē)?yán)重傷害，符合下列條件，可認(rèn)為滿足要求:1).，上部模板施力中心點(diǎn)的最大位移不小于l00mm (見(jiàn)圖32)；2).下部模板施力中心點(diǎn)的最大位移不小于50mm (見(jiàn)圖32)；表32 座椅骨架靜態(tài)強(qiáng)度試驗(yàn)要求載荷1)；2)。強(qiáng)度要求1)；2)，；3)試驗(yàn)期間，無(wú)座椅零件、安裝件和附件等完全分離；即使部分分離，座椅本身仍能牢牢固定住，且所有鎖止機(jī)構(gòu)系統(tǒng)保持鎖死；4)試驗(yàn)后，座椅或其附件的結(jié)構(gòu)件無(wú)任何可能導(dǎo)致人體傷害的斷裂、尖角和銳邊。第四章 座椅骨架的靜強(qiáng)度CAE分析本章介紹CAE分析在設(shè)計(jì)中的地位，目前國(guó)內(nèi)外CAE分析現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)，客車(chē)座椅的CAE分析流程及分析結(jié)果和改進(jìn)意見(jiàn)等。本節(jié)主要介紹利用已經(jīng)建立好的客車(chē)座椅骨架三維CATIA模型進(jìn)行CAE靜強(qiáng)度分析。其分析流程如下：1).了解所分析的零件的功能或者要解決的問(wèn)題的性質(zhì)，確定分析的目的和內(nèi)容。2).進(jìn)行準(zhǔn)備工作，包括與設(shè)計(jì)人員的協(xié)調(diào)以及選擇需要用的軟件。3).導(dǎo)入CAD幾何數(shù)模（Pro/E,UG,CATIA等）。4).如果是從CAD導(dǎo)入的模型，有可能發(fā)生幾何特征缺失或者產(chǎn)生一些不必要的小碎面，這些幾何錯(cuò)誤都需要幾何清理的工作，否則會(huì)影響有限元模型的質(zhì)量、計(jì)算的精度和速度，5).根據(jù)分析的目的并結(jié)合模型的特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)膯卧?lèi)型。6).根據(jù)計(jì)算機(jī)的能力和要求的精度確定合適的網(wǎng)格大小，劃分網(wǎng)格。這一步是CAE分析中的重中之重，沒(méi)有良好的網(wǎng)格單元，對(duì)后續(xù)工作將造成無(wú)窮無(wú)盡的麻煩。7).施加載荷和邊界條件，這是有限元模型的精華。這一步需要的是經(jīng)驗(yàn)和根據(jù)經(jīng)驗(yàn)做出某種簡(jiǎn)化或者取舍的勇氣。8).分析計(jì)算?，F(xiàn)代CAE軟件的強(qiáng)大功能使這一步基本上不再需要人工干預(yù)了。9).結(jié)果的后處理，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，有可能需要調(diào)整計(jì)算方案。 10).確定計(jì)算結(jié)果以后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求、國(guó)標(biāo)、行業(yè)法規(guī)等規(guī)定，有些情況下需要提出改進(jìn)的方案并進(jìn)行驗(yàn)證。本步所需要的零部件模型已經(jīng)在第二章第三節(jié)中設(shè)計(jì)完成，但仍需要利用CATIA將座椅底座和靠背骨架裝配起來(lái)，以便于對(duì)座椅骨架進(jìn)行靜強(qiáng)度CAE分析[1623]。1).運(yùn)行CATIA,點(diǎn)擊“機(jī)械設(shè)計(jì)”菜單，選擇裝配件設(shè)計(jì)模塊。將設(shè)計(jì)好的座椅底座和靠背骨架裝配起來(lái)。裝配結(jié)果如圖41所示：圖41 客車(chē)座椅骨架模型2).，以便能夠?qū)際yperMesh進(jìn)行前處理[2425]。1).啟動(dòng)HyperMesh ,選擇Default（HyperMesh）。2).使用HyperMesh對(duì)模型進(jìn)行前處理，需要將模型導(dǎo)入到HyperMesh。如圖42所示，為導(dǎo)入的客車(chē)座椅骨架模型。圖42 導(dǎo)入到HyperMesh中的客車(chē)座椅骨架三維幾何模型所謂抽取中面，就是在零件中間創(chuàng)建一層曲面，便于在上面直接劃分網(wǎng)格。對(duì)于客車(chē)座椅骨架模型來(lái)說(shuō)，都是由厚度較小的薄板零件而組成，故選用殼單元來(lái)進(jìn)行有限元分析比較合適。即零件厚度用數(shù)值表示，而不用幾何表示，對(duì)零件的中面進(jìn)行網(wǎng)格單元?jiǎng)澐?。在拓?fù)滹@示模式下，查看模型，進(jìn)行拓?fù)湫迯?fù)?！巴?fù)洹保═opology）是指相鄰曲面之間的連接關(guān)系。關(guān)聯(lián)的曲面邊界控制曲面連接性。在拓?fù)滹@示模式下，由于曲面邊界的顏色顯示是由其與周?chē)孢吔绲倪B接來(lái)確定的，所以拓?fù)漕伾梢詭椭袛嗫赡艹霈F(xiàn)的缺陷。拓?fù)湫迯?fù)的主要步驟是，首先判斷部件上的曲面應(yīng)該有怎樣的連接性，接著查看當(dāng)前的拓?fù)潢P(guān)系顯示，并研究這樣顯示的原因，然后快速有效的運(yùn)用HyperMesh中的工具，從“是怎么樣的”到“應(yīng)該是怎么樣的”，以獲得最合適的連接性。經(jīng)查看，本模型導(dǎo)入到HyperMesh中在某處區(qū)域出現(xiàn)重復(fù)曲面，要將其找出并刪除。下面是操作步驟：首先在菜單中點(diǎn)擊 ，然后在Defeature子面板左側(cè)選擇，接著選擇SurfaceDisplayed，點(diǎn)擊Find，標(biāo)題欄顯示如下信息：。點(diǎn)擊右邊的Delete，刪除所有重復(fù)曲面，如圖43所示。圖43 刪除重復(fù)