一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架及其设计方法，所述碳纤维复合材料座椅靠背骨架包括骨架本体，所述骨架本体上含有包裹扣圈安装面、金属件安装面和调角器安装面；所述包裹扣圈安装面有两个，对称设置在所述骨架本体上；所述金属件安装面有两个，对称设置在所述骨架本体上；所述调角器安装面有两个，对称设置在所述骨架本体上；所述骨架本体上铺设有三个不同厚度的铺层区。通过上述方式，本发明专利技术能够达到汽车座椅骨架轻量化的要求，且更大地发挥碳纤维复合材料在座椅上的机械性能，减少汽车座椅骨架零件。

A carbon fiber composite seat back frame and its design method

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架及其设计方法
本专利技术涉及汽车座椅
，特别是涉及一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架及其设计方法。
技术介绍
碳纤维复合材料作为一种高强度、高模量纤维的新型材料，其质量比铝轻，强度高于钢铁；碳纤维复合材料产品设计灵活，成型工艺多样。随着汽车行业的发展，汽车配件轻量化的要求越来越严格，比金属轻的碳纤维复合材料材料在汽车座椅上应用越来越多。座椅作为减少损伤的安全部件对乘员起到了决定性的保护作用，使其成为汽车安全性研究中的重要部件。汽车座椅安全性能的静强度及冲击强度两个主要方面，根据GB15083《汽车座椅系统强度要求及试验方法》的规定，分别通过靠背各自的质心沿水平向前施加相当于各自重量20倍的负荷和因正面碰撞产生的冲击强度时，乘员不允许从安全带里滑出，座椅零件及止动和调节装置不准碎裂或拉断，允许弯曲，靠背松开装置(两门)仍需保持功能完好。使用碳纤维复合材料的座椅能大大提高座椅的安全性能，减少因事故发生的碰撞造成对人体的损伤。但是目前的碳纤维复合材料材质的汽车座椅骨架或制作复杂，整体性不高，未有效的发挥碳纤维复合材料的高强度、高模量等物理性能。为达到汽车座椅骨架轻量化的要求，更大地发挥碳纤维复合材料的机械性能，一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架的设计方法成为当务之急。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架及其设计方法，能够达到汽车座椅骨架轻量化的要求，且更大地发挥碳纤维复合材料的机械性能，减少汽车座椅骨架零件，增强汽车座椅的整体性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架，包括骨架本体，所述骨架本体上含有包裹扣圈安装面、金属件安装面和调角器安装面；所述包裹扣圈安装面有两个，对称设置在所述骨架本体上；所述金属件安装面有两个，对称设置在所述骨架本体上；所述调角器安装面有两个，对称设置在所述骨架本体上；所述骨架本体上铺设有三个不同厚度的铺层区。在本专利技术一个较佳实施例中，所述三个不同厚度的铺层区的铺设材料为碳纤维织物预浸料或双轴向经编织物预浸料。在本专利技术一个较佳实施例中，所述三个不同厚度的铺层区的底层和表面层的铺设材料为碳纤维织物预浸料，所述三个不同厚度的铺层区的内层的铺设材料为双轴向经编织物预浸料。在本专利技术一个较佳实施例中，所述三个不同厚度的铺层区的铺设角度分为0°/90°层与±45°层两种相结合。在本专利技术一个较佳实施例中，所述0°/90°层与所述±45°层的铺设比例为57％和43％。在本专利技术一个较佳实施例中，所述三个不同厚度的铺层区分为普通区、第一应力集中区和第二应力集中区，所述普通区为骨架本体的表层区域，所述第一应力集中区为骨架本体的侧翼区域，所述第二应力集中区为两个金属件安装面区域。在本专利技术一个较佳实施例中，所述普通区的铺设厚度为2.4mm，所述第一应力集中区的铺设厚度为4.0mm，所述第二应力集中区的铺设厚度为5.6mm。还提供一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架的设计方法，包括如下步骤：。(100)结构设计：根据碳纤维复合材料座椅靠背骨架的装配环境和外观结构要求设计骨架本体的外观面和各个安装面，包括依次进行的设计输入、方案设计、计算和试验、以及验证是否满足设计要求步骤；若不满足，则重回方案设计步骤；若满足，则完成设计；(200)铺层设计：根据碳纤维铺层设计规则和不同厚度区域定义铺层顺序；(300)强度计算：参考已设计模型及铺层-运用ABAQUS进行仿真设计-有限元计算-分析结果。在本专利技术一个较佳实施例中，所述有限元计算包括建立网格模型、定义材料与截面属性、边界条件及载荷。在本专利技术一个较佳实施例中，所述分析结果是分析不同工况下，碳纤维座椅靠背骨架的强度和刚度，迭代计算得到最优强度和刚度结果。本专利技术的有益效果是：能够达到汽车座椅骨架轻量化的要求，且更大地发挥碳纤维复合材料的机械性能，减少汽车座椅骨架零件，增强汽车座椅的整体性。附图说明图1是本专利技术一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架的结构示意图；图2是图1所示的一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架的铺层后示意图；图3是图1所示的一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架的结构设计流程图；图4是图1所示的一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架的铺层设计流程图；图5是图1所示的一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架在施加力矩的情况下的试验图；附图中各部件的标记如下：1、骨架本体，11、包裹扣圈安装面，12、金属件安装面，13、调角器安装面，21、普通区，22、第一应力集中区，23、第二应力集中区。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1-图5，本专利技术实施例包括：一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架，如图1和图2所示，包括骨架本体1，所述骨架本体1上含有包裹扣圈安装面11、金属件安装面12和调角器安装面13；所述包裹扣圈安装面11有两个，对称设置在所述骨架本体1上，位于头枕区域，与包裹扣圈胶接，用于固定座椅内侧的包裹软包；所述金属件安装面12有两个，对称设置在所述骨架本体1上，与金属件螺接，用于固定碳纤维复合材料座椅靠背骨架；所述调角器安装面13有两个，对称设置在所述骨架本体1上，用于安装调角器。所示骨架本体1的外表面整体光滑，过渡自然，后排乘客可视，且符合人机工程学。所示骨架本体1的三个安装面(包裹扣圈安装面11、金属件安装面12和调角器安装面13)适合和环境件装配，安装简单可拆卸。整个骨架为一个整体，既不是简单的碳纤维棒的简单组合，也不是笨重的金属壳体，而是有局部加强增厚的过渡自然的外形结构，具有更高的整体性。所述骨架本体1上铺设有三个不同厚度的铺层区；所述三个不同厚度的铺层区分为普通区21、第一应力集中区22和第二应力集中区23，所述普通区21为骨架本体1的表层区域，所述第一应力集中区22为骨架本体1的侧翼区域，所述第二应力集中区23为两个金属件安装面12区域。所述三个不同厚度的铺层区的铺设材料为碳纤维织物预浸料或双轴向经编织物预浸料。具体为：所述三个不同厚度的铺层区的底层和表面层的铺设材料为碳纤维织物预浸料，所述三个不同厚度的铺层区的内层的铺设材料为双轴向经编织物预浸料。铺设时，所述三个不同厚度的铺层区的铺设角度分为0°/90°层与±45°层两种相结合。所述0°/90°层与所述±45°层的铺设比例为57％和43％，所述普通区的铺设厚度为2.4mm，所述第一应力集中区的铺设厚度为4.0mm，所述第二应力集中区的铺设厚度为5.6mm。具体为：第一层(P1)，按0°/90°的铺设角度铺设普通区21、第一应力集中区22和第二应力集中区23；第二层(P2)，按±45°的铺设角度铺设普通区21、第一应力集中区22和第二应力集中区23；第三层(P3)，按±4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架，其特征在于，包括骨架本体，所述骨架本体上含有包裹扣圈安装面、金属件安装面和调角器安装面；所述包裹扣圈安装面有两个，对称设置在所述骨架本体上；所述金属件安装面有两个，对称设置在所述骨架本体上；所述调角器安装面有两个，对称设置在所述骨架本体上；所述骨架本体上铺设有三个不同厚度的铺层区。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料座椅靠背骨架，其特征在于，包括骨架本体，所述骨架本体上含有包裹扣圈安装面、金属件安装面和调角器安装面；所述包裹扣圈安装面有两个，对称设置在所述骨架本体上；所述金属件安装面有两个，对称设置在所述骨架本体上；所述调角器安装面有两个，对称设置在所述骨架本体上；所述骨架本体上铺设有三个不同厚度的铺层区。


2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料座椅靠背骨架，其特征在于，所述三个不同厚度的铺层区的铺设材料为碳纤维织物预浸料或双轴向经编织物预浸料。


3.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料座椅靠背骨架，其特征在于，所述三个不同厚度的铺层区的底层和表面层的铺设材料为碳纤维织物预浸料，所述三个不同厚度的铺层区的内层的铺设材料为双轴向经编织物预浸料。


4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料座椅靠背骨架，其特征在于，所述三个不同厚度的铺层区的铺设角度分为0°/90°层与±45°层两种相结合。


5.根据权利要求4所述的碳纤维复合材料座椅靠背骨架，其特征在于，所述0°/90°层与所述±45°层的铺设比例为57％和43％。


6.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料座椅靠背骨架，其特征在于，所述三个不同厚度的铺层区分为普通区、第一应力集中区和第二应力集中区，所述普通区为骨架本体的表层...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾勇涛，刘斌，白校仲，江峰，
申请(专利权)人：江苏亨睿碳纤维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32