汽車(chē)正面碰撞前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、汽車(chē)正面碰撞前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冰葉平(上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海201804)【摘要】針對(duì)汽車(chē)碰撞中車(chē)身結(jié)構(gòu)安全性，對(duì)碰撞主要吸能件——汽車(chē)前縱梁的變形方式進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。以某款半副車(chē)架轎車(chē)前縱梁型面結(jié)構(gòu)為例，對(duì)截面尺寸、材料性能等參量進(jìn)行了理論評(píng)價(jià)及CAE仿真分析，進(jìn)而進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一新型結(jié)構(gòu)方式，在保證整車(chē)輕量化效果基礎(chǔ)上顯著提高了汽車(chē)正面碰撞安全性能?！続bstract】ForthestructuresafetyofBIWinthevehiclecollision，thedeform

2、ationmodeoffrontlongitudinalrailasthemainenergy—absorbingcomponentinthevehiclecollisionareinvestigated．Takethestructureoffrontlongitudinalrailinavehiclewithhalf—subframeasanexample，sometheo—reticalevaluationandCAEsimulationaredoneaboutsectionaldimensions，materi

3、alproperties．Fur-thermore，onenewstructureisdesignedbystructureoptimization，whichcanclearlyimprovethestruc—turesafetypropertiesandmaintainthelightweighteffect．【關(guān)鍵詞】正面碰撞前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)汽車(chē)doi：10．3％9／j．issn．1007-4554．2013．10．05全性能需求。0引言1車(chē)輛全寬正碰安全性能影響因素目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)車(chē)身輕量化的研究比較廣及理論分析

4、泛，主要集中在新材料／高強(qiáng)鋼的應(yīng)用、零件制造工藝、以及優(yōu)化整車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，可以在保證車(chē)身車(chē)輛全寬正碰安全性能分析評(píng)價(jià)最重要指標(biāo)結(jié)構(gòu)整體性能基本不變的前提下，最大程度減輕之一為車(chē)體加速度，其與車(chē)輛前端部件，特別是縱梁各零部件質(zhì)量，但是車(chē)身結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)往往的吸能狀況密切相關(guān)。而碰撞能量主要依靠構(gòu)件忽略了車(chē)身碰撞安全性的要求，基于碰撞安全性的變形吸能來(lái)吸收，包括彎曲變形和軸向折疊壓潰能方面的零件輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)文獻(xiàn)較少。本變形。碰撞時(shí)零部件(咎／梁件)軸向壓潰較彎曲變文以某一車(chē)型前縱梁為研究對(duì)象，針對(duì)汽車(chē)輕量形可吸收

5、更多的能量，但這兩種吸能方式往往同時(shí)化考慮，將原前副車(chē)架由全副車(chē)架修改為半副車(chē)存在。因此提高碰撞安全性能的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想為：架(質(zhì)量減輕約9kg)，進(jìn)行100％完全正面剛性墻(1)使其盡可能的沿著軸向壓潰變形；(2)變形模式碰撞模擬分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并達(dá)到碰撞安固定的條件下，提高部件總吸能值。收稿日期：2013一O1—01本文為上海汽車(chē)工程學(xué)會(huì)2012年學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文·22·上海汽車(chē)2013．10汽車(chē)正面碰撞時(shí)，主要吸能件有保險(xiǎn)杠吸能究對(duì)象，建立基于LS—DYNA的有限元整車(chē)碰撞模盒、縱梁以及上翼梁等薄壁管梁件。

6、國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家型，模擬國(guó)標(biāo)GB11551_2oO3正面碰撞分析，即學(xué)者對(duì)薄壁管梁的變形模式、材料性能及截面結(jié)車(chē)輛以50km／h的速度撞擊剛性墻。有限元模型構(gòu)尺寸做了眾多研究。Wierzbicki和Abramowicz包括的主要結(jié)構(gòu)有：白車(chē)身、前／后懸架、引擎、配基于能量守恒(零件吸能等于外部工件以壓潰力重質(zhì)量點(diǎn)等，并選取整車(chē)加速度及縱梁的變形模做功)研究形成了薄壁管梁軸向壓潰力理論公式作為分析評(píng)價(jià)指標(biāo)。式為2．1縱梁吸能理論分析及整車(chē)全寬正碰CAE模2，．1。擬P=38．27o-。()()(1)葉厶圖1是某車(chē)型的前縱梁結(jié)

7、構(gòu)圖，由于輪胎包式中，JD為平均壓潰力；o-。為平均流變應(yīng)力(Or"。：絡(luò)面需要，縱梁B．B處區(qū)域截面比較狹窄，縱梁前0．9～0，95×or)；O-為材料抗拉強(qiáng)度；t為材料厚端和中部的截面尺寸差異較大。因全寬正碰時(shí)縱度；b和d為矩形薄壁梁的邊長(zhǎng)。梁變形吸能區(qū)主要處于動(dòng)力總成懸置前，即A-A已知縱梁可壓潰變形量S，縱梁軸向壓潰吸收與B．B截面之間區(qū)域，而該區(qū)域縱梁截面變化較的能量公式可以表達(dá)為小，可視為等截面區(qū)域。根據(jù)A．A截面尺寸(近似E吸=Pm×S(2)矩形)及縱梁材料、壓潰距離參數(shù)，采用公式2進(jìn)1結(jié)合縱梁吸能公式

8、以及動(dòng)能公式E動(dòng)=÷刪，行理論分析結(jié)算。二計(jì)算可得軸向壓潰模式下，縱梁吸能占總能量的百分比值。根據(jù)碰撞試驗(yàn)得出的縱梁吸能百分比，即可評(píng)價(jià)縱梁設(shè)計(jì)的合理性。但是，由于壓潰力理論公式，僅涉及到矩形管梁的變形模式與壓潰力之間比較簡(jiǎn)單關(guān)系，未能考慮材料彈性變形吸能及材料應(yīng)變強(qiáng)化、應(yīng)變率強(qiáng)化對(duì)壓潰力的影響，同時(shí)也未能考慮變形熱能等耗散能量，故該評(píng)判方法只