1.设计的目的与意义

随着经济的发展和人民生活水平的提高，乘用车的保有量显著提高。随之而来的就是能源的大量消耗与空气污染等问题的出现。各国都出台了相关的法规来限制燃油的消耗率及汽车的排放标准，而汽车的轻量化则是实现节能减排的重要途径。如何在保证汽车安全性的同时实现轻量化的目的已经成为汽车领域中的核心内容之一。

目前轻量化共有3种方式，分别为轻量化骨架，轻量化材料以及复合材料。

轻量化骨架，通过优化结构设计，得到重量最小化的座椅骨架。如图一。

图一.轻量化骨架

轻量化材料即采用密度较小的合金材料，通过压铸或者冲压工艺，制造座椅坐垫骨架或靠背骨架。如图二。

图二 轻合金骨架（a铝合金骨架，b镁合金骨架）

复合材料利用高强度复合材料制作的座椅骨架，重量急剧减

轻，图3为采用高强度塑料的坐垫骨架和碳纤维的靠背骨架。

图3.轻量化骨架

（a）铝合金骨架（b）镁合金骨架

1.1碳纤维材料

本文主要利用碳纤维复合材料去替代传统座椅的钢材，并利用Ansys进行CAE的强度分析，检验轻量化后的合格与否。

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。

碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

从而用碳纤维去替代传统座椅骨架的钢材具有可行性。

1.2国内外的碳纤维材料运用现状

在2012年世界碳纤维协会(World Outlook for Carbon Fiber Association)上,复合材料在汽车工业的应用是一大重点,会上有6篇专题报告涉及在汽车工业应用复合材料问题:美国福特汽车公司的“碳纤维复合材料和汽车工业”;美国东丽复合材料公司的“碳纤维增强塑料在日本汽车工业的应用”;德国SGL公司的“了解预氧纤维和碳纤维在汽车上应用的可能”;美国赫克塞尔公司的“供汽车应用的低成本碳纤维发展计划”;BIT公司的“供汽车应用买得起的碳纤维复合材料”;橡树岭国家实验室做的“供交通运输应用的低成本炭纤维”。

国外介绍,一辆典型轿车的碳纤维用量可以超过113kg。如按此计算,仅仅为了满足北美生产轿车的要求,碳纤维的需求量就达现有世界碳纤维总生产能力的一百倍。洛克希德马丁能研究所(Lockheed Martin Energy Research)的瓦伦(David Warren)统计过,如果每一辆北美的汽车用了2.2kg碳纤维,那北美1800万辆小车碳纤维的总需求量就超过当前全球大丝束碳纤维总生产能力4倍。

2002年雷诺(Renault)公司、沃尔福(Volvo)公司、福特(Ford)公司、本茨(Mercedes一Benz)公司和标致(PUEGOT)公司等,分别展示了在Vel Saits和Laguna车、V70车、雷鸟Thunderbird 806等车的后车门、车身板、散热器构件、折合式车罩、操纵盘、减震器、后板外壳、操纵台盖、前防护板、护栅、后上罩面板、可拆卸顶等零部件或构件上采用复合材料,但大部分还是玻璃纤维增强复合材料和模压SMC工艺,有的已采用三向数字化设计和计

算机控制,并配置了标准设备批量生产,详见表1。

碳纤维复合材料在汽车上应用比较成功的一个实例是美国摩里逊公司(Morrison Molded Fiber Glass)生产的碳纤维复合材料汽车传动轴。摩里逊公司为达纳公司(Dana Corporation)生产汽车传动轴,供通用汽车公司载重汽车应用。采用碳纤维复合材料后可以使原来由两件合并成一个传动轴简化成单件,与钢材相比质量可减轻60%,每个传动轴减轻9kg。该传动轴采用ZOLTEK公司的工业级48 K炭纤维生产,年产60万根传动轴,每根传动轴消耗炭纤维0.68kg,仅此一项,每年需要炭纤维超过400t。

加拿大EDO公司评估了碳纤维增强的燃料箱,用ZOLTEK公司48 K大丝束碳纤维生产,供通用汽车公司1997型GMC车和雪佛莱汽车公司的载重车使用。美国施道顿复合材料公司(Stoughton Composites Inc.)开发碳纤维复合材料集装箱,复合材料集装箱有许多优点,包括减轻重量、耐腐蚀、减少保养等。当碳纤维价格为17.6美元/kg时,碳纤维复合材料集装箱价格为1600美元,这样的价格和金属集装箱相比就可以竞争,如能进一步降低价格,碳纤维复合材料集装箱的市场将会大幅度增长。

卓尔泰克公司(ZOLTEK Companies)一直致力于把低成本大丝束碳纤维复合材料引人汽车工业，该公司总裁ZOLT RUMY宣称,已成功地对宝马公司(BMW)Z22碳纤维概念车进行了性能测定,Z22是2000年车型,供开展在汽车上采用复合材料可行性研究,该车的车身由20个碳纤维复合材料零件组成,与钢材相比,质量可减轻50%。该可行性研究被认为在汽车上增加先进复合材料用量的重要步序。

2. 研究的基本内容与方案

2.基本内容和技术方案

2.1座椅骨架的模型建立与分析

利用UG通过尺寸设计，先确定座椅基准点R点（理论上H点应与R点重合），再通过约束完成链接，构建座椅骨架。

为方便后面的Ansys的CAE分析，去掉座椅不必要的座椅调节机构，泡沫组件，塑料装饰件，座椅面套……仅仅保留构成座椅骨架的靠背骨架和坐垫骨架等（主要起支撑和连接作用的框架）。

2.2座椅骨架的Ansys分析

试验研究和仿真分析是目前座椅安全性研究的主要两种方法。

试验模拟研究，即试验研究，历经几十年的发展，如今已成为比较成熟的汽车安全部件开发设计的研究方法。座椅安全性试验主要包括座椅静强度特性试验、动态冲击特性试验、实车碰撞试验和台车试验。通过静、动态试验设备，结合多重测量方法得到的位移、力和加速度等响应指标，以模拟和检测不同工况时，座椅对乘员提供的保护效果。目前，多数汽车座椅的试验已广泛应用于汽车法规和NCAP 评价规程中，是汽车座椅开发和设计的重要研究手段随着计算机技术的日臻完善，有限元仿真分析方法的优点也逐渐展现出来。在产品设计初期阶段，仿真分析技术的引用可以帮助开发人员快速地了解产品应具备的性能，并剔除一批低劣的方案，提高开发效率；其次，仿真分析结果能够详细地反映出产品在试验工况中微小的变形及应力分布等响应情况，可以让设计人员的开发过程更具目的性，缩短研发周期，同时这些数据也是试验中无法获得的。尽管仿真分析存在着开发周期短、成本低等优势，但仿真模型的精确性和准确性却仍需要大量试验数据来进行验证和校正的。所以，目前仿真分析要想应用到实际产品开发和生产当中，通常需要经过几轮的试验验证和修改，这样得到结果才更具有实际使用价值。

本次分析主要选取静态性能试验和动态实验的部分实验来检验碳纤维替换传统钢材后座椅骨架力学性能的合格与否。

2.2.1靠背静强度试验

座椅总成安排在试验夹具上；靠背角度调节为设计状态：施加后向载荷时位于最后位置，施加前向载荷时位于最前位置。带有高度调节功能时，应处于在高位置。前向施加(108-110）kgf（1kgf=9.8N）的载荷，后向施加（178-182)kgf的载荷，加载点位于座椅骨架上横梁的中部，如图4所示。

图4 靠背强度实验

根据测量结果，绘制载荷-位移曲线图。试验后，座椅实验部分应能正常工作，载荷-位移关系应符合图5的要求。

载荷与位移的关系曲线落在合格区域内部即为合格。

图5 载荷-位移评价

2.2.2座椅动态实验-行李箱冲击试验

试验方法应符合GB 15083-2006的规定。白车身固定在台车上，安装座椅。试验模块尺寸为300mm*300mm*300mm，质量为18kg。试验模块放置如图6所示，两个试验模块之间的距离为50mm。在车的X方向，试验模块与座椅的距离为200mm。试验减速度如图7所示。试验期间，允许座椅靠背及其紧固件变形，但靠背或头枕部分的前轮廓不能向前超过座椅H点前方150mm处（对头枕部分）或100mm处（座椅靠背部分）的横向垂直。

图6试验模块放置

图7 试验减速度波形

本次利用Ansys来模拟此过程，从而进行CAE的分析。

4.阅读的参考文献

[1]钟柳华,练朝春,孟正华. 汽车座椅设计与制造[M]. 国防工业出版社，2016-12-30

本书较系统地介绍了汽车座椅系统的结构、工艺和材料。 结合实例对汽车( 尤其是乘用车)座椅的总布置设计、安全性设计、舒适性设计、装配性设计进行了详细阐述。对汽车座椅系统的相关法规与标准、开发流程、制造工艺及检测和试验方法作了简要介绍。本书可作为车辆工程专业本科生及专科生的教材也可作为企业汽车座椅、汽车内饰设计工程师的参考书。

[2] 崔平 .碳纤维复合材料轻量化技术[M]。北京: 科学出版社，2015

复合材料被认为是21世纪最有可能取得突破性进展的新材料，其中用碳纤维增强的树脂基复合材料（CFRP）又是综合性能最佳的结构-功能一体化材料。复合材料是一个复杂体系，它的性能不是其各种组分的简单加和，而其优势也正在于此，所以世界上主要发达国家均对其投入了极大的研发力量。尽管CFRP早已在航空、航天等高端领域得到应用，但受制于碳纤维本身的高成本以及复合材料现有制造工艺的低效率，更大规模的“草根” 应用亟待开发。事实上，碳纤维复合材料在更广阔的产业发展空间里大有可为，希望在读者中能涌现出更多的新生力量投入其中，并贡献自己的创意和才华。

[3] 汪庆洋.纤维增强复合材料乘用车后排座椅骨架轻量化设计研究[D].吉林:吉林大学，硕士论文，2014.

随着经济的发展和人民生活水平的提高，乘用车的保有量显著提高随之而来的就是能源的大量消耗与空气污染等问题的出现各国都出台了相关的法规来限制燃油的消耗率及汽车的排放标准，而汽车的轻量化则是实现节能减排的重要途径如何在保证汽车安全性的同时实现轻量化的目的已经成为汽车领域中的核心内容之一纤维增强复合材料以其比强度、比刚度高，密度低，易于成型，生产周期短等优点成为轻量化材料的研究热点而汽车座椅作为重要的车身附件，近年来随着汽车碰撞安全性要求的提高，座椅骨架重量不断增加GB15083-2006中规定，在行李块冲击试验中，座椅背板骨架最大变形处不得超过座椅R点前100mm的平面，否则认为背板骨架不符合此法规的要求，如何在保证座椅骨架强度的同时最大限度的减轻重量已经成为各主机厂和座椅厂所共同面临的问题采用纤维增强复合材料替代钢材，不仅可以减轻重量，而且容易实施模块化生产，简化生产工艺目前随着材料技术的发展，纤维复合材料的应用已从汽车低成本的非结构件发展到高强度ǐ复杂形状的大尺寸多功能结构件，如汽车前端模块ǐ座椅骨架等本文依托长春市科技局重大科技攻关专项纤维增强复合材料座椅骨架关键技术研究，对复合材料背板骨架的轻量化设计及仿真分析展开研究，同时对所设计的结构进行优化改进本文以某款在产乘用车座椅靠背骨架为研究对象，采用玻璃纤维-尼龙复合材料替换传统的金属材料，根据复合材料的材料特性及结构设计方法设计并制造出新结构的复合材料背板骨架样件，并按照GB15083-2006中的要求进行行李块冲击台车试验利用CAE分析的方法对行李块冲击试验进行模拟，以验证复合材料仿真建模方法的有效性基于台车试验及CAE仿真分析结果，对靠背骨架的结构及材料分布进行优化，综合考虑经济性及加工的可行性，根据优化的结果提出了新结构背板骨架的改进方案，并进行了CAE仿真分析根据长纤维复合材料的特点，对铺层结构复合材料的仿真建模方法进行了探究，以此为基础设计了一款铺层结构的复合材料背板骨架，并按照法规的要求进行了虚拟试验验证本文为纤维增强复合材料结构设计的相关人员提供了一定的参考。

[4] 徐婷婷.长纤维复合材料乘用车后排座椅骨架改进设计[D].吉林：吉林大学，硕士论文，2017.

近些年,随着交通事故的频发,人们对汽车的安全性逐渐重视,各国纷纷出台多种较为严格的、全面的相关安全法规,以此来约束汽车的生产和制造标准。同时,在能源与环境日益紧张的背景下,节能减排的号召也日渐强烈,汽车轻量化的概念应运而生。如何在满足以安全性为前提的条件下,实现车体结构的轻量化设计成为现阶段汽车领域的关注焦点。在众多汽车结构件中,座椅作为车体中直接与人体相接触的部件,直接关系到车内乘员的舒适性和安全性,故汽车座椅的研究也逐渐受到关注,各国更是相继推出了与其相关的座椅安全法规,旨在提高车内乘员的安全性。同时,座椅整体结构与车体质量密不可分,故座椅的轻量化设计也成为各大汽车厂商关注的重点之一。目前实现座椅轻量化设计的手段主要包括座椅结构的优化设计、零件的制造与连接工艺的更新以及新型轻质材料的应用。其中以新型轻质材料代替传统金属材料应用在座椅结构上的方式较为广泛。而在众多车用轻质材料中,纤维增强复合材料以其高比强度、高模量、易于加工成型以及低密度等诸多优点受到广泛关注,并一度成为轻质材料中的研究热点。本文主要针对初始LFT座椅骨架结构,依据GB15083-2006中与汽车座椅相关的法规标准进行台车试验。同时应用有限元仿真技术,对该座椅骨架结构进行抗行李块冲击台车试验仿真模拟,并与试验结果进行对比验证分析,以保证该仿真模型建立的有效性,为后续基于该模型所做的结构改进提供一定的前期保障。针对未满足法规要求的初始LFT座椅骨架结构简化模型进行拓扑优化与尺寸优化分析,旨在有目的性地提出合理的座椅背板骨架结构设计方案。根据优化结果云图,获得该座椅骨架在受冲击时的受力及其传递情况,同时也可体现合理的材料分布状态。根据优化结果分析,结合长玻璃纤维复合材料以及连续玻璃纤维复合材料的材料特点,参考国内外相关文献,分别提出单一LFT座椅骨架结构以及混合E-LFT座椅骨架结构的两种轻量化设计方案,并根据法规要求,建立相应的有限元仿真模型进行抗冲击性仿真模拟,使其在满足相应法规要求的同时,实现结构的轻量化设计。同时,提出单一EF座椅骨架简单结构,对其进行探索性研究,通过抗冲击性台车试验与仿真模拟的对比分析,以此验证该连续纤维座椅骨架模型建立的有效性,也为后续轻量化结构的设计提供一定的参考意义。文中考虑到纤维增强复合材料的加工工艺可行性,结合设计的两款座椅背板骨架结构,对其进行成型工艺可行性分析,进而提出更加合理可行的座椅背板骨架结构设计方案。

[5] 张君媛 徐婷婷 张秋实 陆春林 杨常群.长纤维复合材料乘用车后排座椅骨架轻量化设计[J].汽车技术，2015-08-24.

以某款乘用车后排座椅骨架为例,采用长纤维复合材料(LFT)替换金属,在其初始结构无法满足GB15083-2006法规要求的前提下,采用拓扑优化方法分析座椅骨架的重点设计区域和传力路径,提出采用长纤维复合材料的座椅骨架新结构,并利用CAE仿真技术进行了验证。结果表明,新结构不仅能很好地满足法规要求,且质量相对金属结构减轻了约10%,轻量化效果明显。

[6] 王吉昌.汽车座椅骨架轻量化及被动安全研究[D].上海：上海工程技术大学，硕士论文,2011.

随着汽车的普及，人们对汽车安全性能以及汽车的油耗日益关注。而研究表明汽车轻量化对汽车油耗有显著的改善作用。因此许多汽车生产厂家把汽车安全性设计和汽车轻量化设计列为重点研究项目来抓。汽车座椅作为汽车基本组成部件之一，不仅为乘员提供了舒适的乘坐性，还能在汽车发生交通意外时为乘员提供安全保障。而座椅轻量化是指在满足座椅强度和安全性能的前提下，尽可能地降低座椅的重量，从而达到结构优化，成本下降的目标。座椅的安全性和轻量化都已经成为当今汽车座椅设计与研发的主要方向。本文针对某车型的座椅，参照国家标准GB18053-2006的要求，重点研究了座椅骨架在20倍座椅总成重量工况和530Nm靠背翻转工况下的静态强度，并基于其静态强度对座椅骨架进行了轻量化设计。通过优化，座椅重量得到降低，骨架的结构更加合理，其应力分布更加均匀，最大应力比原座椅模型有所降低。在座椅动态强度分析中，参照国家标准相关试验的要求，研究了座椅骨架在靠背冲击吸能试验工况和座椅滑车试验工况下的被动安全性能。同时针对轻量化前后的座椅骨架模型在同一工况下的动态强度和变形能力进行了比较，从而综合评价座椅轻量化对其动态吸能性能和动态强度的影响。本课题主要有以下4个方面的工作：1.针对某车型的座椅，运用三维建模软件，建立座椅骨架的三维模型。然后对座椅骨架的各零部件按照其在承受外部载荷时所起到的作用将其分为承载类、辅助承载类和非承载类，并对不同的类型采用不同的方式建立有限元模型。2.参照国家标准GB18053-2006《汽车座椅、座椅固定装置和头枕强度要求和试验方法》中对座椅静强度试验的方法和技术的要求，对建立的座椅骨架模型进行约束和加载。在国家标准相关规定下，分析了座椅在20倍座椅总成重量工况和座椅靠背530Nm翻转工况下的静态强度，分析结果表明座椅的静强度满足国家标准的要求。3.运用尺寸优化的方法对座椅骨架进行结构优化。通过制定合理的优化目标，采用合适的优化变量和约束条件，在比较严苛的工况下进行骨架结构的优化分析。通过对优化结果进行圆整和修正，得到座椅骨架轻量化尺寸，并验证了轻量化后的座椅骨架的强度满足国家标准的要求。4.运用非线性理论，结合显性非线性有限元软件模拟汽车座椅在碰撞冲击时的安全性能，并对轻量化前后座椅的动态安全性能进行了比较。参照国家标准中对座椅靠背吸能和座椅滑车试验的要求，建立了座椅在这两种工况下的有限元模型，并对轻量化前后的两个模型进行碰撞仿真。仿真结果说明本次座椅轻量化对座椅动态安全性能没有影响。

[7] 杨天云 张晴朗 杨兵 余瑾.CAE在汽车座椅轻量化设计中的应用[J].精密成型工程，2012-01-10.

以汽车座椅靠背为研究对象,利用材料力学原理分别设计3种不同截面形状的钢制座椅靠背圆钢管,基于HyperWorks有限元软件对3种方案进行静强度模拟分析,运用密度法对新型铝合金座椅骨架进行拓扑优化设计。结果表明:截面为椭圆型的钢管比等截面面积的圆形钢管具有更大的抗弯强度,拓扑优化是一种有效的结构概念设计方法,使铝合金座椅靠背质量减轻16.5%,从结构和材料2方面实现了汽车座椅轻量化的目的。

[8] 战磊 孙军 何金光 李威 孙继国.汽车座椅骨架轻量化的研究概况[J].汽车零部件，2015-11-28.

简要介绍了目前汽车座椅骨架轻量化技术的研究概况,从结构轻量化和材料轻量化两方面对汽车座椅骨架轻量化的实现途径进行了阐述。对于汽车座椅骨架,在众多轻量化途径中,材料轻量化的效果优于结构轻量化。镁合金和碳纤维复合材料在轻量化材料中比传统钢铁材料更具有优势,是未来汽车座椅骨架轻量化发展的重点。根据目前汽车座椅骨架制造工艺和成本的需求,采用高强钢、超高强钢进行轻量化设计仍然具有现实意义。

[9] 仲启凤.多孔结构碳材料的制备及功能研究[D].江苏：东南大学，博士论文，2016-05-30.

近年来,多孔碳材料的制各和应用研究已经成为当代科学和技术研究的热点。多孔碳材料由于其具有比表面积高、导电性好、物理化学性质稳定等优点,在化学化工、生物医学、光电、电子器件等领域有着很高的应用价值。因此,本文制备了多种具有多孔结构的碳材料,包括具有大孔结构的反蛋白石结构碳薄膜和碳棒、具有介孔结构的碳纳米片、具有微孔结构的碳纤维,并发掘了这些多孔碳材料的特性,包括对胆固醇的传感特性、催化特性、电荷存储特性。具体研究内容有：(1)首先,以沉积法制备了蛋白石结构胶体晶体,并以此为模板制备了具有大孔结构的反蛋白石结构碳薄膜。并研究了反蛋白石结构碳薄膜对于油的传感特性、对于胆固醇的传感特性。(2)在反蛋白石结构碳薄膜的基础上,制备了具有三维大孔结构的反蛋白石结构碳棒,并研究了反蛋白石结构碳棒对于胆固醇的传感特性。(3)开发了一种具有介孔结构的三维氮掺杂碳纳米片材料,碳纳米片材料由含铁的碳纳米颗粒构成。首先制备了铁镁的氢氧化物纳米片材料,通过化学气相沉积法(CVD)将其还原为金属纳米片材料。以铁作为催化剂,甲烷为碳源,在铁纳米颗粒外围生长碳。将镁用酸去除后,即得到具有介孔结构的含铁碳纳米片材料。在高温氨气环境下进行氮掺杂,得到具有介孔结构的三维氮掺杂碳纳米片材料。这种材料对氧还原反应具有优异的催化活性,可以与商用的铂基催化剂媲美,并具有较高的电流密度和较正的起始电位。(4)设计并制备了一种具有微孔结构的氮掺杂碳纤维。以具有纤维结构的棉花为前驱体,通过在氩气和氨气环境下热处理得到具有微孔结构的氮掺杂碳纤维。在反应过程中,氨气与棉花中的碳反应,使其气化形成微孔结构。具有微孔结构的氮掺杂碳纤维具有导电性高、机械性能好等优点,并且具有连通的孔结构,这为电子传输和电解液的浸润提供了多种通道,具有高的充放电性能。氮掺杂使微孔结构碳纤维具有赝电容效应,提高微孔结构碳纤维的亲水性,使电解液更易渗透进电极材料的多孔结构中。此外,将具有微孔结构的氮掺杂碳纤维作为电极材料制备电容器器件时,不需要使用粘合剂、导电添加剂以及电流收集器。因此,与传统的电容器相比,基于具有微孔结构的氮掺杂碳纤维的超电容可以减轻重量、减小体积,拓展了它的实际应用范围。

[10] 武亚鸽.汽车座椅生产失效模式分析研究[D].湖北：湖北工业大学，硕士论文，2017-06-05.

失效模式及影响分析(FMEA)是一种用于产品设计或生产过程潜在失效模式、失效原因和后果影响分析的有效方法。其应用可以让企业更好地对汽车座椅在产品设计、制造过程环节容易出现的失效情况,进行全面、有效的潜在失效模式预先分析,并提出切实可行的预防措施。为此,本学位论文以汽车座椅制造质量管理五大工具之FMEA为载体,主要研究汽车座椅生产设计失效模式分析与过程失效模式分析等相关内容。首先,明确阐述汽车座椅相关基本理论知识基础;从汽车座椅基本结构、技术术语、设计制造要点、座椅开发基本流程、座椅生产执行行业标准等多方面进行分析。其次,对失效模式分析方法与汽车座椅制造基本工艺进行了分析研究,重点对FMEA应用基本方法与技巧进行基础分析,主要包括FMEA的定义、分类、特点、应用基本步骤和应用注意事项等。同时对汽车座椅系统主要零部件制造工艺进行了具体分析,并阐述了汽车座椅可靠性测试方法、潜在失效模式影响分析基本原则。再次,对FMEA在汽车座椅生产中的具体应用进行了具体分析。阐述了FMEA应用过程工作表填写方法、补偿措施分析,并以此为基础对FMEA与QFD的结合应用进行了深入研究。最后,着重对FMEA在汽车座椅生产中的具体应用进行了重点研究,分析了FMEA在汽车座椅设计环节(以座椅泡沫总成为例)和制造过程环节(以汽车座椅总成装配为例)的具体应用情况,剖析了FMEA在汽车座椅零部件生产行业中对潜在失效模式及影响分析的重要性,对产品质量控制、生产成本降低等等方面的促进作用。

[11] Abe Y, Mori K, Kato T (2012) Joining of High Strength Steel and Aluminium Alloy Sheets by Mechanical Clinching with Dies for Control of Metal Flow. Journal of Materials Processing Technology 212:884–889.

High strength steel and aluminium alloy sheets were joined by mechanical clinching with dies for control of metal flow. Since the sheets undergo plastic deformation for the joining during the mechanical clinching, the high strength steel sheets tend to fracture due to the small ductility. For the upper high strength steel sheet, fracture was caused by the concentration of deformation around the corner of the punch, and cracks were caused by the tensile stress generated in the bulged bottom into the groove of the die for the lower high strength steel sheet. To prevent these defects, metal flow of the sheets was controlled by optimising a shape of the die. For the upper high strength steel sheets, the depth of the die was decreased to prevent the concentration of deformation around the corner of the punch. On the other hand, the groove of the die was eliminated to reduce the tensile stress for the lower high strength steel sheets. The sheets below SPFC780 and SPFC980 were successively joined with the aluminium alloy sheet for the upper and lower high strength steel sheets, respectively.

[12] Akbarimousavi SAA, GohariKia M (2011) Investigations on the Mechanical Properties and Microstructure of Dissimilar CP-Titanium and AISI 316L Austenitic Stainless Steel Continuous Friction Welds. Materials amp; Design 32:3066–3075.

Friction welding process is a solid state joining process that produces a weld under the compressive force contact of one rotating and one stationary work piece. In this study, the friction welding of dissimilar joints of AISI 316L stainless steel and cp-titanium is considered. The optical, scanning electron microscopy studies of the weld were carried out. Moreover, the X-ray diffraction analysis was performed. The integrity of welds was achieved by the micro hardness and tensile tests. The fracture surface was examined by the scanning electron microscopy. The study showed that the magnitude of tensile strength of the dissimilar welded specimen was below that of the titanium base material if preheating was not applied at the interface. The high weld tensile strength was achieved by preheating the 316L stainless steel material to 700C, smoothing and cleaning of the contact surfaces. Results illustrated that in dissimilar joints, different phases and intermetallic compounds such as FeTi, Fe 2 Ti, Fe 2 Ti 4 O, Cr 2 Ti and sigma titanium phase were produced at the interface. The presence of brittle intermetallic compounds at the interface resulted in degradation of mechanical strength which in turn led to premature failure of joint interface in the service condition. Preheating caused to produce oxide layer at the interface which was harmful for bonding. The oxide layer could be eliminated by applying pressure and smoothing the surface. Results of hardness tests illustrated that the high hardness was occurred in the titanium side adjacent to the joint interface. Moreover, the optimum operational parameters were obtained in order to achieve the weld tensile strength greater than the weak titanium material.

[13] Barrena MI, Goacute; mez de Salazar JM, Goacute; mez-Vacas M (2014) Numerical Simu- lation and Experimental Analysis of Vacuum Brazing for Steel/Cermet. Ce- ramics International 40:10557–10563.

The finite element method and processing experiments were used to investigate the influence of the brazing process on residual stresses and the microstructural and mechanical property changes of dissimilar joints. In the present investigation, tool steel (90MnCrV8) and cemented carbide (WC–10Co) were brazed in a vacuum using ductile filler. The calculated results show that the residual stresses developed during the cooling process are very high so that the strength of the ceramic/metal brazed joints is decreased. The maximum peak stress is located in the filler–cermet interface. The finite element method is an effective method to predict the stress distribution of dissimilar joints. The expected improvement on the shear stress of the joints by optimizing the brazing time was confirmed by the experimental results.

[14] Chen B-Q, Xiong H-P, Guo S-Q, Sun B-B, Chen B, Tang S-Y (2014) Microstruc- ture and Mechanical Properties of Dissimilar Welded Ti3Al/Ni-Based Super- alloy Joint Using a Ni–Cu Filler Alloy. Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science 46:756–761.

Dissimilar welding of a Ti 3 Al-based alloy and a Ni-based superalloy (Inconel 718) was successfully carried out using gas tungsten arc welding technology in this study. With a Ni-Cu alloy as filler material, sound joints have been obtained. The microstructure evolution along the cross section of the dissimilar joint has been revealed based on the results of scanning electron microscopy and X-ray energy dispersive spectroscopy as well as X-ray diffractometer. It is found that the weld/Ti 3 Al interface is composed of Ti 2 Al matrix dissolved with Ni and Cu, Al(Cu, Ni) 2 Ti, (Cu, Ni) 2 Ti, (Nb, Ti) solid solution, and so on. The weld and In718/weld interface mainly consist of (Cu, Ni) solid solutions. The weld exhibits higher microhardness than the two base materials. The average room-temperature tensile strength of the joints reaches 24202MPa and up to 73.602pct of the value can be maintained at 87302K (60002°C). The brittle intermetallic phase of Ti 2 Al matrix dissolved with Ni and Cu at the weld/Ti 3 Al interface is the weak link of the joint.

[15] Fink A, Camanho PP, Andreacute; s JM, Pfeiffer E, Obst A (2010) Hybrid CFRP/ Titanium Bolted Joints: Performance Assessment and Application to a Space- craft Payload Adaptor. Composites Science and Technology 70:305–317.

This paper presents an experimental investigation of the mechanical response and the industrial manufacturability of CFRP–titanium hybrid laminates using the example of a spacecraft payload adaptor. The local hybridization with metal within a bolted joint region of composite laminates is proven to be an effective method of increasing the mechanical joint efficiency of highly loaded bolted joints. High-strength titanium foils are locally embedded into the composite laminate by means of ply substitution techniques, thus avoiding any local laminate thickening and providing for a local laminate with high bearing and shear capabilities. An extensive sample and component test program has been performed evaluating the impact of different design parameters and load conditions. The verification of the hybrid technique’s processability, inspectability and compatibility with a standard industrial fibre placement process has been successfully demonstrated through the manufacturing of a spacecraft payload adaptor featuring diverse applications of the hybridization technique.

1.设计的目的与意义

随着经济的发展和人民生活水平的提高，乘用车的保有量显著提高。随之而来的就是能源的大量消耗与空气污染等问题的出现。各国都出台了相关的法规来限制燃油的消耗率及汽车的排放标准，而汽车的轻量化则是实现节能减排的重要途径。如何在保证汽车安全性的同时实现轻量化的目的已经成为汽车领域中的核心内容之一。

目前轻量化共有3种方式，分别为轻量化骨架，轻量化材料以及复合材料。

轻量化骨架，通过优化结构设计，得到重量最小化的座椅骨架。如图一。