This study presents the development of a new aluminum seat frame for the commercial bus. Back moment and seat belt anchorage analysis of the conventional steel seat frame was conducted as a base model. Effective aluminum section dimensions for aluminum pipe were calculated from equivalent stiffness and equivalent weight study. Back moment and seat belt anchorage strength with the developed aluminum seat frame were compared to those of the base model. Additionally, to pass the fatigue test, shape modification of side frame assembly was conducted. From this study we could reduce the weight of seat frame more than 5 kg. And the current analysis model and procedure can provide useful informations in designing a new commercial car seat and can reduce the overall design cost and time.
자동차 시트는 주행시 운전자의 편의와 안전을 제공하는 하나의 부품이다. 최근 그 시트는 의자와 같은 용도 외에 외부의 충격이나 진동으로부터 운전자를 보호하고 편의를 주는 역할을 하고 있다. 자동차의 충돌 안전성 및 내구성과 같이 시트 프레임의 구조적인 기능에 대한 설계가 중요하다. 본 연구에서는 시트 프레임의 구조적인 안전성과 내구성을 높이기 위하여 시트 백 프레임 부분에 환봉을 1개씩 증가하여 시트를 설계하였다. 설계 및 해석 프로그램으로는 CATIA와 ANSYS를 사용하여 본 연구를 수행하였다. 구조해석과 진동해석을 통한 본 연구 결과로서는 Model 4가 타 모델 대비 더 뛰어난 내구성을 가지는 것을 알 수 있었다. 이 결과를 이용함으로서 구조적인 안전성과 내구성을 가진 자동차 시트 프레임 설계를 할 때에 유용한 자료가 될 것이라고 사료되며, 자동차 시트 프레임의 디자인을 융합기술에 접목하여 미적 감각을 나타낼 수 있다.
This study presents the structural analysis of car a seat frame by the finite element method. The load-deformation characteristics of seat frame are simulated according to the test requirements by FMVSS. Three dimensional modeling technique is applied to the components of the seat frame. The shell, solid , gap and rigid elements are employed to model the car seat frame assembly. Numerical results show that the recliner and kunckle plate are identified as the possible weak part of frame, and the results are well consistent with the experimental static load test. The current analysis model can provide useful informations to design a new car seat and can reduce the overall design cost and time.
The automotive seat appropriately absorbs the vibrations or shocks transmitted through a vehicle when it is in operation so as to provide a comfortable ride for passengers. In this study, the structural strength and durability of each model were investigated using structural analysis. The natural and critical frequencies at the seat were analyzed through vibration analysis. Through the results of this study on automotive seat frame models, the durability against the load and vibration is shown to be dependent on the configuration of the model.
A seat frame structure in automotive vehicles made of polymer matrix composite to achieve weight reduction at low cost was developed. In order to design and manufacture the actual product studies on material selection and structural analysis were performed. Structural analysis was performed with a finite element method. The analysis was done for several cases suggested in various safety regulations. Each results was utilized to modify the actual shape to obtain a lighter, safer and more stable design. The final design was used to produce a sample bottom plate of the seat structure with reinforced by X-shape frame. Substitution of the material resulted in a weight reduction effect with equivalent strength fatigue and impact characteristics.
자동차의 다양한 부품 중 자동차 시트는 인간과의 직접 접촉 부위로서 승차감을 평가 할 수 있는 가장 기본적인 항목이다. 따라서 자동차 시트는 승차감과 동시에 충분한 강성과 강도를 가져야 할 것이다. 본 연구에서는 자동차 시트에서의 시트 쿠션 프레임과 백 프레임을 3D 모델링하였고, 쿠션 프레임의 비틀림 강도, 수직하중강도 시험, 백 프레임의 강도 시험 3가지 실험에 대해서 시뮬레이션으로 구조해석을 하였다. 해석결과, 쿠션 프레임 비틀림 강도 시험에서는 초기 전변형량의 최대값은 5.8421mm가 나왔고, 영구 전변형량의 최대값은 0.02539mm가 나왔다. 쿠션 프레임 수직하중강도 시험에서는 쿠션 프레임 앞쪽 끝단의 전변형량은 2.1159mm이고, 뒤쪽 끝단은 0.0606mm이다. 하중을 더 증가한 경우는 전변형량의 최대값은 3.1739mm가 나왔다. 3 가지의 백 프레임 강도 시험에서는 최대의 전변형량은 0.18634mm로 나타났다. 본 연구결과는 자동차 시트 쿠션 프레임 및 백프레임의 과도한 변형 및 파괴가 없음으로서 승객의 안전을 보장하는 충분한 강성과 강도를 검증할 수 있었다.
Car seat is one the most important element to make comfortable drivability. It can absorb the impact or vibration during driving state. In addition to those factors, it is needed to have enough strength for passenger safety. From energy efficiency and environmental point of view lighter passenger car seat frame becomes hot issue in the auto industry. In this paper, weight optimization methodology is investigated for commercial car seat frame using CAE. Optimized designs for seat frame are developed using commercially available finite element code(ANSYS) and design of experiment method. At first, car seat frame is modelled using 3-D computer aided design tool(CATIA) and simplified for finite element modelling. Finite element analysis is carried out for the case of FMVSS 202 Head Restraint test to check the strength of the original seat frame. Two base brackets are selected as optimized elements that are the heaviest parts in the seat frame. After finite element analysis for the brackets with similar load condition to the previous test optimization technique is applied for 10% to 50% weight reduction. Design of experiment is utilized to obtain optimization design for the bracket based on the modified 50% weight reduction model in which outer shape of the bracket is conserved. Weight optimization models result in the decrease of the strength in spite of weight reduction. The more design points should be considered to get better optimized model. The more advanced optimization technique may be utilized for more parts of the seat frame to increase whole seat frame characteristics in the future.
Structural analysis and fatigue tests have been performed to develop design and evaluation technologies of automotive seat frames. Under the back moment loading condition, the numerical simulation unveiled the maximum stress up to the yield strength at the side frame bracket. To measure the stresses under the test condition, strain gauges were attached to some weakest points of the side frames. the measured strains are in good agreements with the CAE results. On the other hand, some fatigue tests have been performed using the side frame bracket specimens made of various welding types to evaluate their durabilities. From the fatigue tests and the numerical analyses, it was recommended that the bracket welding position should be moved upward.
Vehicle seats provide a comfortable ride for passengers by properly absorbing vibrations and shocks transmitted during driving. Vibration analyses on three models with different shapes were carried with the same material properties and constraint conditions. By varying the height of the seat-back, models 1, 2, and 3 were designed according to the inclined angle of the seat-back frame. Models 1, 2, and 3 were modeled with relatively simple designs using CATIA. The areas touching the buttocks of passengers show the most deformation. This work shows that seat durability and stability can vary depending on the shape of the seat design.
시트 프레임의 연구 개발이 활발하게 진행됨에 따라 본 연구에서는 고장력강판으로 제작된 시트 프레임의 전변형량을 실험과 해석을 통하여 고찰하였다. SPFC 980 t=2mm 고장력강판으로 된 시트 프레임을 반복피로 내구 시험기를 이용하여 전변형량 실험을 한 후, 동일한 조건으로 시뮬레이션하여 전변형량을 해석하였다. 실험과 해석 결과 값을 비교 분석한 후 그 값을 토대로 SPFC 780 t=2mm와 SPFC 780 t=1.5mm으로 된 시트 프레임 모델들의 구조적 안전성을 유한 요소 해석으로서 조사하였고 본 연구 결과를 통하여 어떤 모델이 상용화하는데 더 적합한지를 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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