热成形b柱结构研究与优化

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1、競优化2016-04-1417:49:00汽车工程学报2016年2期万庆冕++林建平0.00198220.00201350.00204470.002时间Z/rns=<湖泪竖密图17方案C的能量吸l

2、R510(a)顶端宽度5nun(b)顶io寸4r(c)顶端宽度15nun(d)顶图15方案C的B柱截面f表6方案C的B柱截面模型名称，〔电2I到，角高底〃长席/图15方案C的B柱截面f表6方案C的B柱截面模型名称，〔电2I到，角高底〃长席/(a)90°斜边60匸60/(c)100。斜边(d)105°图12方案B的B柱截面简化;摘要：热成形材料因其可以利用单件热成形零件取代多层焊接

3、结构，在汽车车身制造中应用越来越广泛。热成形零件的断面结构，是其能否达到高强度与轻量化两方面要求的关键。基于热成形B柱不同截面结构的有限元仿真，研究了各截面尺寸参数对其性能的影响，对相关规律数据进行归纳与总结，给出了一种乘用车热成形B柱截面结构设计方案，并验证了其合理性。关键词：热成形B柱；截面；结构设计；有限元仿真中图分类号：TH122文献标文献标识码：A文献标DOI:10.3969/j.issn.2095-1469.2016.02.09随看汽车产业的高速发展，乘用车辆的安全性和碰撞标准也越来越严格。传统钢材已无法同时满足高强度与轻量化的要求，导致各种新材料的运用渐渐成为

4、常态。使用热成形材料之后，便可利用单件热成形零件取代Z前的多层焊接结构。由于结构形式的改变，对热成形零件的设计提出了更高的要求，尤其是热成形零件断面结构，往往决定着寒件是否能够达到轻量化与高强度两方面的要求。本文对热成形零件断面结构进行CAE试验模拟，阐述了不同结构的性能，并对其规律进行归纳总结，最终对B柱的碰撞变形模式进行改进，优化其碰撞形变量。1乘用车B柱简介1.1乘用车侧碰中B柱的作用在车辆发生侧面碰撞时，由碰撞产生的强大动能，通过车身侧面结构进行合理的吸收和传递。经过对碰撞力的分散和动能的减弱吸收，可以有效地保证车身乘员的牛•存空间，减少对车内乘员的伤害。碰撞时侧撞

5、力的传递路径如图1所示［1］。侧撞动能传递路径主要有两条。(1)侧撞力由B柱向上传递至侧围内侧和车顶边梁，再通过车顶的横梁传递至车身非碰撞区一侧，同时沿A柱及侧禺传递至车身前部及后部。(2)侧撞力由B柱向下传递至地板门槛梁，然后通过地板横梁传递至车身非碰撞区一-侧，同时沿地板门槛梁传递至车身前舱及后舱。由此可见，车辆B柱在车辆发生侧碰的过程中，对于保护乘员并且连接车身其它结构件起着至关重要的作用［2］。1.2乘用车传统B柱与热冲压B柱结构对比分析由于乘用车B柱在车辆侧碰过程中的作用明显，所以对其结构和强度的要求较高。传统的车辆B柱由于材料特性的限制所以结构复杂，如图2所示。

6、传统的车辆B柱，需要由B柱内板、加强版上、下，以及B柱外板组合而成，零件数量较多、重量大，开发前期设备和模具投入较大，并且由于工序复杂导致产品加工难度大，产品稳定性下降。利用热成形材料，可以将传统冷冲压材料焊接而成的B柱零件数量降至两个，较Z前6个零件大幅减少。有数据表明，相同车盘使用热成形零件后，同样的零件单套重量可以减少45%［3］,如图3所示。在使用热成形零件后，乘用车B柱单套零件数量大幅下降，抗冲击性能可以达到甚至超过传统材料的冷冲压多层焊接组合结构B柱，并有重量轻、模具开发费用低和生产工序成本下降等优点。2B柱仿真建模2.1仿真建模《汽乍侧面碰撞的乘员保护》法规[

7、4]是我国侧撞法规的强制要求。碰撞物使用了移动变形障壁,以50km/h的速度与整车模型侧面相撞，如图4所示。整车有限元模型的真实性经过了试验验证⑸。但由于本试验仅是对热成形B柱影响因素进行分析，如果采用整车分析的方法，可能会增加试验变量，加大试验课差积累。所以本试验采用碰撞简化模型对B柱截面规律进行探%[6]o与B柱简化模型发生碰撞的为圆形柱[7],圆形柱本身为刚性材质，不发生变形。为了减少计算工作量，同时在不影响计算结果的前提下，取半圆进行建模，半圆柱截面直径为130mm,半圆柱高为120mm。模型如图5所示。热成形B柱由于其在车辆碰撞中的重要作用，需要达到耐冲击、吸能、

8、形变量小于规范值等一系列要求。为设计出满足要求的热成形B柱，需要对热成形B柱截面进行研究[8],如图6所示。根据B柱截面形式将B柱截面两端延长。钢柱的质量为30kg,同时给予碰撞物11m/s的初速度，将其碰撞B柱截面模型并进行同等比较[9],以此探究截面对结构的影响，如图7所示。2.2模型验证沙漏能的大小与总内能大小的比值是检验模型的一个重要指标。模型的沙漏能对比系统的总内能[10],如果能控制在10%以下即为合理，如果控制在5%以下，模型将是非常准确的。模型的沙漏能示意图如图8所示。沙漏能的最大值没有超过33J,