汽车正面碰撞前纵梁结构设计

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1、汽车正面碰撞前纵梁结构设计冰叶平(上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海201804)【摘要】针对汽车碰撞中车身结构安全性，对碰撞主要吸能件——汽车前纵梁的变形方式进行了较为详细的研究。以某款半副车架轿车前纵梁型面结构为例，对截面尺寸、材料性能等参量进行了理论评价及CAE仿真分析，进而进行相关结构优化设计，设计了一新型结构方式，在保证整车轻量化效果基础上显著提高了汽车正面碰撞安全性能。【Abstract】ForthestructuresafetyofBIWinthevehiclecollision，thedeform

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

3、alproperties．Fur-thermore，onenewstructureisdesignedbystructureoptimization，whichcanclearlyimprovethestruc—turesafetypropertiesandmaintainthelightweighteffect．【关键词】正面碰撞前纵梁结构设计汽车doi：10．3％9／j．issn．1007-4554．2013．10．05全性能需求。0引言1车辆全宽正碰安全性能影响因素目前国内外针对车身轻量化的研究比较广及理论分析

4、泛，主要集中在新材料／高强钢的应用、零件制造工艺、以及优化整车结构设计等，可以在保证车身车辆全宽正碰安全性能分析评价最重要指标结构整体性能基本不变的前提下，最大程度减轻之一为车体加速度，其与车辆前端部件，特别是纵梁各零部件质量，但是车身结构的轻量化设计往往的吸能状况密切相关。而碰撞能量主要依靠构件忽略了车身碰撞安全性的要求，基于碰撞安全性的变形吸能来吸收，包括弯曲变形和轴向折叠压溃能方面的零件轻量化优化设计相关文献较少。本变形。碰撞时零部件(咎／梁件)轴向压溃较弯曲变文以某一车型前纵梁为研究对象，针对汽车轻量形可吸收

5、更多的能量，但这两种吸能方式往往同时化考虑，将原前副车架由全副车架修改为半副车存在。因此提高碰撞安全性能的设计指导思想为：架(质量减轻约9kg)，进行100％完全正面刚性墙(1)使其尽可能的沿着轴向压溃变形；(2)变形模式碰撞模拟分析以及结构优化设计，并达到碰撞安固定的条件下，提高部件总吸能值。收稿日期：2013一O1—01本文为上海汽车工程学会2012年学术年会优秀论文·22·上海汽车2013．10汽车正面碰撞时，主要吸能件有保险杠吸能究对象，建立基于LS—DYNA的有限元整车碰撞模盒、纵梁以及上翼梁等薄壁管梁件。

6、国内外专家型，模拟国标GB11551_2oO3正面碰撞分析，即学者对薄壁管梁的变形模式、材料性能及截面结车辆以50km／h的速度撞击刚性墙。有限元模型构尺寸做了众多研究。Wierzbicki和Abramowicz包括的主要结构有：白车身、前／后悬架、引擎、配基于能量守恒(零件吸能等于外部工件以压溃力重质量点等，并选取整车加速度及纵梁的变形模做功)研究形成了薄壁管梁轴向压溃力理论公式作为分析评价指标。式为2．1纵梁吸能理论分析及整车全宽正碰CAE模2，．1。拟P=38．27o-。()()(1)叶厶图1是某车型的前纵梁结

7、构图，由于轮胎包式中，JD为平均压溃力；o-。为平均流变应力(Or"。：络面需要，纵梁B．B处区域截面比较狭窄，纵梁前0．9～0，95×or)；O-为材料抗拉强度；t为材料厚端和中部的截面尺寸差异较大。因全宽正碰时纵度；b和d为矩形薄壁梁的边长。梁变形吸能区主要处于动力总成悬置前，即A-A已知纵梁可压溃变形量S，纵梁轴向压溃吸收与B．B截面之间区域，而该区域纵梁截面变化较的能量公式可以表达为小，可视为等截面区域。根据A．A截面尺寸(近似E吸=Pm×S(2)矩形)及纵梁材料、压溃距离参数，采用公式2进1结合纵梁吸能公式

8、以及动能公式E动=÷删，行理论分析结算。二计算可得轴向压溃模式下，纵梁吸能占总能量的百分比值。根据碰撞试验得出的纵梁吸能百分比，即可评价纵梁设计的合理性。但是，由于压溃力理论公式，仅涉及到矩形管梁的变形模式与压溃力之间比较简单关系，未能考虑材料弹性变形吸能及材料应变强化、应变率强化对压溃力的影响，同时也未能考虑变形热能等耗散能量，故该评判方法只