全铝车身电动轿车正面碰撞仿真和优化

为研究全铝车身电动轿车正面碰撞的耐撞性,应用ANSA建立了全铝车身电动轿车的有限元模型。依据C-NCAP对车身加速度、碰撞速度、车门变形量指标的规定,在LS-DYNA中对所建的全铝车身电动轿车的有限元模型进行了正面100%重叠刚性壁障仿真碰撞试验。试验结果表明:全铝车身电动轿车在正面碰撞过程中车身加速度大,在0.033 s时加速度达到最大值59.6g,高于C-NCAP指标中的目标值50g;前侧车门的最大变形量为41.72 mm,高于C-NCAP指标中的目标值40 mm。针对全铝车身电动轿车正面碰撞存在的问题,设计使用4因素3水平的标准正交矩阵,对全铝车身电动轿车的车身结构参数进行了优化调整。利用LS-DYNA依次进行仿真计算分析,确定了各因素对车身加速度影响的主次顺序;对仿真结果进行极差分析、方差分析和显著性分析,获得了最优方案,即前防撞梁厚度3 mm,吸能盒厚度3.5 mm,前纵梁厚度2.8 mm,前防撞梁材料7003。优化结果表明:与基础模型方案相比,优化后车身加速度降低了23.8%,前侧车门变形量减小了9.6%,增强了全铝车身电动轿车的耐撞性,为全铝车身电动轿车正面碰撞安全的设计与改进提供了依据。     

汽车铝质防撞梁的轻量化设计及分析

运用结构优化的方法,对防撞梁进行轻量化设计并分析防撞梁的刚度、模态、托钩强度及高速刚性墙碰撞等工况性能。结果表明:铝合金防撞梁的轻量化及安全性能较高强度钢均有明显改善,且铝合金防撞梁吸能量大,加速度峰值小,在满足被动安全性与行人保护安全性要求的同时,可实现轻量化。     

复合材料前防撞梁变截面多工况多目标优化设计

本文中综合考虑汽车低速碰撞中的角度和对中两种碰撞工况,结合碳纤维/环氧树脂材料的特点,提出了一种变截面复合材料前防撞梁设计方法。首先,通过低速碰撞两种工况中前防撞梁的仿真计算发现,在等厚度的情况下,为满足侵入量的条件,对中碰撞时所要求的厚度远远大于角度碰撞时的要求,因此,根据对中碰撞时前防撞梁的受力和约束条件,为其提出了中间厚两端薄,即变截面的设计方案。然后,以最小化吸能盒截面力和前防撞梁质量为目标,许用侵入量为约束,两种截面厚度和加厚区域长度为设计变量,基于采集的试验点构建吸能盒截面力和前防撞梁质量的Kriging代理模型,利用NSGA-Ⅱ算法对其进行多目标优化。最终的结果表明,在满足性能要求的基础上变截面设计使复合材料前防撞梁的质量分布更为合理,在不增加质量的条件下,角度和对中两种低速碰撞工况中耐撞性能都得到提高。     

基于碰撞性能要求的汽车防撞梁概述

防撞梁是汽车碰撞系统中的重要零件,承担能量吸收与传递的重要角色。文章阐述了不同碰撞工况对于防撞梁的性能要求,介绍了不同防撞梁的概念形式,以及其特点,帮助工程人员在设计初期选择防撞梁形式。文末就新能源汽车趋势下,延伸出防撞梁开发所面临的挑战。     

基于熵权TOPSIS法的CFRP防撞梁轻量化研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有轻质高强的特点,本文中基于抗撞性要求将某乘用车保险杠原钢制防撞梁替换为CFRP,并进行铺层优化设计。首先对CFRP层合板进行力学性能试验以获得材料参数,并通过三点弯曲仿真试验验证其准确性,然后根据等刚度设计原理,确定CFRP防撞梁的厚度,并通过保险杠低速碰撞有限元仿真对比分析两种材料防撞梁的抗撞性能。在此基础上,以质量、比吸能、最大侵入量和碰撞力峰值为目标,采用熵权TOPSIS方法对CFRP防撞梁进行铺层优化,确定出最优铺层方案。结果表明,在保证抗撞性能要求的条件下,优化后的CFRP防撞梁比原钢制防撞梁减轻了76.82%。     

碳纤维复合材料防撞梁轻量化设计

为某车型设计了碳纤维复合材料防撞梁,建立了其有限元分析模型,并用传统钢制防撞梁碰撞试验与仿真结果对比验证了模型准确性。然后采用全因子实验设计确定其横截面形状与铺层顺序的最优组合,最后应用NSGA-Ⅱ遗传算法对防撞梁结构铺层厚度进行了多目标优化。结果表明,在其碰撞性能提高的基础上,轻量效果达到将近65%,且优化后的防撞梁结构与吸能盒和前纵梁结构连接后,在高速碰撞过程中变形模式更合理。     

纯电动SUV正面25%偏置碰撞仿真和优化

为研究某款纯电动SUV在正面小重叠碰撞下的安全性能,根据美国高速公路安全保险协会发布的测试规程,应用ANSA软件建立纯电动SUV正面25%偏置碰撞模型,利用LS-DYNA显式求解软件进行了计算。通过HyperView后处理软件分析了整车加速度、前围板最大侵入量、关键部件变形和吸能情况,发现该车型碰撞力有效传递路径为上纵梁传递到A柱,轮胎通过悬架系统传递到中地板边梁和门槛梁,而关键吸能部件(吸能盒和前纵梁)没有成为有效的碰撞力传递路径;乘员舱相关部件(A柱、A柱上边梁及中地板边梁等)刚度不足,该车型乘员舱变形严重。针对该车型在正面25%偏置碰撞试验中乘员舱变形严重的问题,从改善碰撞力传递路径和采用轻型铝合金材料以提高乘员舱刚度两个方面进行了优化。结果表明:整车碰撞安全性得到有效提高,乘员舱侵入量明显减小,前围板最大侵入量由246.59 mm减小到151.29 mm,降低了38.65%,结构评级由"差"提升到"良好"。针对提高乘员舱刚度后整车加速度峰值过大的问题,进行了L9(34)正交试验分析,得到了在前围板最大侵入量由151.29 mm降低到146.49 mm的前提下,整车加速度最大峰值由55.86g降低到44.77g的最优组合方案。     

2000 MPa热成形车门防撞梁开发与性能研究

为了满足纯电动汽车车身的轻量化需求,采用新型2 000 MPa热成形钢替代传统22Mn B5进行车门防撞梁的轻量化设计。为验证2 000 MPa热成形车门防撞梁的应用可行性,采用LS-DYNA软件对整车进行侧面碰撞仿真分析,结果显示碰撞侵入量、侵入速度和关键零部件的塑性应变均符合设计要求。经热冲压仿真分析,2 000 MPa热成形车门防撞梁符合工艺要求,软模和硬模阶段研究了不同的加热设备和工艺参数对2 000 MPa热成形车门防撞梁组织和拉伸力学性能的影响,结果显示加热温度930℃,保温时间300 s和330 s,转移时间约12 s,可实现热成形后的抗拉强度≥2 000 MPa的性能目标。将前后车门防撞梁分别置于万能试验机上进行零件三点弯曲性能检测,结果显示前车门防撞梁三点弯峰值力大于25 k N,后车门防撞梁三点弯峰值力大于29 k N,远高于10.01 k N的设计目标值。经过2 000 MPa热成形车门防撞梁和车门内板的点焊工艺参数优化和连接设计优化,满足了前后车门系统的开闭耐久性能要求。在保证整车侧碰安全性能的情况下,2 000 MPa热成形车门防撞梁比采用传统22Mn B5质量减轻11.7%,实现显著的轻量化效果。     

先进高强度钢在汽车防撞系统中的应用

采用有限元方法对某车型前端防撞系统进行低速碰撞仿真,比较防撞梁在不同材料强度和厚度情况下防撞系统总成的质量与防撞性能,并对先进高强度钢（AHSS）的特有加工工艺进行了简要阐述。     

车门防撞梁选型策略研究

为提高汽车侧面碰撞的耐撞性,以车门防撞梁为研究对象,基于三点弯曲试验搭建有限元模型,对比4种防撞梁的仿真结果。综合考虑质量、材料、结构以及成本因素,分析各防撞梁的吸能特性和抗弯能力,为今后车门防撞梁的选型提供可借鉴的方法。研究结果表明:同种材料的防撞梁,随着厚度的增加,性能越好;热成型钢与冷成型超高强钢性能差距不大,但成本相对较高; W型防撞梁的抗弯性能优于管状防撞梁。     

改进响应面法在汽车正面碰撞被动安全性优化中的应用

通过对汽车正面碰撞有限元分析,显示存在加速度过大,前门框及前围板变形量过大等缺陷,需要进一步优化。为了提高整车碰撞性能,选取了对碰撞结果影响较大的8个零部件,分别以其厚度为设计变量,以右侧B柱加速度峰值为优化目标,应用拉丁超立方试验方法,选取17个样本点,应用改进相应面方法求出精度较好的二次代理模型,从而求出各部件的最佳厚度值。优化前后结果对比显示,右侧B柱加速度降低了约22.8%,前门框变形减小了约33.7%,前围板入侵量约降低了28.2%,均达到了预期目的,优化后更利于乘员安全。     

前防撞横梁布置分析研究

文章通过不同车辆碰撞试验工况下,前防撞梁的布置区域和防撞梁截面对碰撞安全的影响,分析得到前防撞横梁应布置区域和防撞梁截面尺寸设计范围,为工程设计中提供参考依据。     

基于行人保护的SUV前保险杠防撞系统优化

为减小SUV车型在人车碰撞中对行人小腿的伤害,文章对SUV车型前保险杠造型进行了优化。分析了上支撑与下支撑布置和材料对小腿碰撞伤害值的影响,结果表明,当前保险杠上支撑安装位置处于小腿上部质心以下时,上支撑与小腿上部质心距离及上支撑材料对胫骨加速度值影响较大,上支撑与下支撑距离与下支撑材料对剪切位移影响较大。采用优化后的前保险杠防撞系统有效地控制了行人小腿伤害值,有利于该车型行人保护性能的提升,为以后SUV车型行人保护前保险杠防撞系统设计提供一些参考。     

热成型前防撞梁防断裂优化设计

针对焊接对热成型前防撞梁碰撞性能影响进行了详细分析,并针对焊缝结构进行了布置优化。结果表明热成型焊接热影响区母材脆化,抗拉强度下降40%,导致ODB偏置碰撞时防撞梁横梁在焊缝处断裂,优化焊缝布置结构,减小焊缝长度可有效防止防撞梁横梁断裂。     

基于UG和ADAMS的客车与波形梁护栏碰撞仿真分析

护栏的防撞力、最大动态变形量和车辆运动轨迹是护栏防撞性能测试的评价标准。文中基于UG软件建立客车和护栏模型,导入ADAMS软件将波形梁栏板进行柔化,形成刚柔耦合的防撞半刚性护栏,并对波形梁护栏受客车碰撞进行动力学仿真,分析了不同车速条件下客车与护栏碰撞产生的最大碰撞力和最大变形位移及车轮的侧偏角,仿真结果与护栏的安全性能评价标准值基本一致,表明三维动态仿真的可靠性,也为护栏的优化设计提供理论依据。     

轿车改型开发中耐撞性及轻量化的研究

以速达公司某款车型为基础,进行车型改型开发。优化前防撞梁、前纵梁和防火墙的结构和材料,开发了一款质量轻、安全性高的紧凑型A级轿车。通过试验和有限元法对改型开发前后车型耐撞性进行分析,以防火墙侵入量、整车加速度波形、吸能盒和前纵梁的变形模式及吸能效果为改型开发目标,进行车身优化设计。结果表明,实现车身轻量化的同时,改善了整车安全性能和NVH性能。通过实车正面碰撞试验验证了结构和材料优化方案是可行的。     

一种自浮式防撞装置的防船撞性能分析

通过数值模拟研究了松浦大桥上采用的自浮式防撞装置的防船撞性能,建立了1 000t轮船及自浮式防撞装置的精细化有限元模型,研究了自浮式防撞装置材料强度、滚滑组件个数、耗能钢筒屈服强度对自浮式防撞装置防船撞性能的影响。结果表明,自浮式防撞装置能延长撞击时间,显著削减撞击力峰值,同时,采用强度相对较低的材料、增加滚滑组件个数有利于进一步降低撞击力峰值,对于耗能筒屈服强度,存在一个最优值使得撞击力峰值最低。     

某款轿车变型开发中车身结构轻量化的研究

本文中针对现有平台车型C-NCAP五星级碰撞安全车身,基于车身结构轻量化要求,通过CAE仿真改进车身结构,开发了一款满足C-NCAP五星级碰撞标准的全新紧凑型A级轿车。在现有平台车型基础上,构建高精度整车碰撞有限元模型,通过前纵梁、副车架和前防撞梁结构的改进设计,以整车加速度波形、前围侵入量和前纵梁变形模式等为结构开发目标,进行车身轻量化设计。结果表明,在达到车身结构轻量化要求的同时,改善了车辆的安全性能。     

基于1800 MPa级热成形钢的车门防撞梁轻量化设计分析

使用1 800 MPa级热成形钢代替1 500 MPa级热成形钢,通过减薄料厚对车门防撞梁进行轻量化设计。在1 500 MPa级车门防撞梁的生产模具上进行相同厚度的1 800 MPa级车门防撞梁的试制,通过三点弯曲试验进行零件抗弯曲性能评价。根据试验条件及试验数据建立仿真分析模型并进行材料卡标定。根据公式对车门防撞梁进行减薄设计,对减薄的方案进行三点弯曲仿真分析,仿真分析结果与1 500 MPa级的基础方案的三点弯曲试验结果进行对比,得出减薄方案的抗弯曲性能与基础方案相当。通过搭载整车的侧面碰撞仿真分析,进一步验证了轻量化方案的可行性。1 800 MPa级热成形钢用于车门防撞梁的设计可实现12.5%的轻量化效果。     

基于热冲压成型技术的汽车前防撞梁设计

为了达到车身轻量化的目的,文章以某款轿车基于热冲压成型技术的前防撞梁为例,模拟分析了该车型的前防撞梁在低速碰撞时的工况,通过计算和对比不同料厚下,前防撞梁对碰撞时所产生能量的吸收,为汽车的前防撞梁的设计提供依据.通过分析表明,在汽车设计时使用料厚为2.0 mm的热冲压防撞梁,不仅碰撞时所产生的能量吸收最大,而且是实现汽车轻量化的有效途径.该研究为前防撞设计开发提供了一定的理论依据,其研究结果对前防撞梁设计及结构优化均具有重要的实际意义.