汽车车门防撞梁开发综述

通过对国内外目前汽车车门防撞梁开发的比较分析,分别介绍了铝合金、CFRP/AL、超高强钢等3种材料的车门防撞梁的结构及其制造方法.针对国内普遍采用的感应淬火车门防撞梁,提出了对车门防撞梁的原材料、机械性能以及零部件试验要求.     

汽车车门防撞梁开发综述

通过对国内外目前汽车车门防撞梁开发的比较分析，分别介绍了铝合金、CFRP/AL、超高强钢等3种材料的车门防撞梁的结构及其制造方法。针对国内普遍采用的感应淬火车门防撞粱，提出了对车门防撞梁的原材料、机械性能以及零部件试验要求。     

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。     

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%。     

碳纤维复合材料保险杠防撞梁强度分析

以碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CFRP)为研究对象,提出了基于Digimat和Abaqus联合仿真的CFRP保险杠防撞梁结构强度分析方法。开展了不同载荷方向的拉伸和压缩力学性能试验,建立考虑拉压不对称的多尺度材料本构模型,对CFRP防撞梁的拖钩强度工况进行渐进失效分析,并通过部件级试验进行了验证。     

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。     

CFRP体外预应力加固钢筋混凝土T型梁试验

利用波形齿锚具实现横向张拉CFRP片材的体外预应力加固技术,对4根完全相同的7 m跨度的T型梁进行加固(梁侧加固3根梁,其中1根梁考虑二次受力影响;梁底加固1根梁);利用普通粘贴CFRP的加固技术对另一根梁进行加固(加固前与前4根梁完全相同);然后对加固后的5根梁进行试验研究。结果表明:梁侧或梁底CFRP片材体外预应力加固能同时显著提高混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载、极限承载力以及截面刚度,能有效限制混凝土裂缝宽度的发展,也能充分发挥CFRP片材高强性能,同时加固时有无初始荷载即二次受力对加固后的梁在承载力及变形能力方面均无明显影响。     

受弯CFRP加固RC梁破坏行为数值模拟及实验验证

准确表征碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)构件的破坏行为是构建其加固设计理论的基础。采用混凝土塑性损伤模型来描述混凝土的受压和开裂行为,引入粘聚力模型来模拟CFRP与混凝土界面的粘结—滑移关系,应用有限元软件Abaqus建立CFRP加固RC梁的有限元模型,模拟了CFRP加固RC梁在三点弯曲载荷下的准静态破坏行为,并进行了验证实验。数值模拟和采用三维数字图像相关(DIC)方法的测试结果表明,受弯CFRP加固RC梁的准静态破坏过程可划分为:混凝土开裂、受拉钢筋屈服、受拉钢筋硬化、CFRP-混凝土界面局部损伤、CFRP局部剥离、CFRP完全剥离、RC梁残余变形等7个阶段,而且数值模拟与实验结果吻合得较好。     

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。     

铝合金汽车前防撞梁焊接过程的数值仿真与顺序优化

基于非线性弹塑性有限元方法,对6061-T6铝合金薄壁结构的汽车前防撞梁双脉冲MIG焊接过程温度场和应力应变场进行模拟分析。为提高模拟精度,采用双椭球热源模型描述移动的MIG焊接热源,并运用生死单元技术模拟焊丝的填充过程。结果表明,防撞梁焊后残余应力主要集中在吸能盒和横梁的焊缝附近,其最大值为273MPa,焊接变形主要表现为横梁两端吸能盒间距增加约2.05mm。通过4种不同焊接顺序下防撞梁焊后残余应力分布和变形的对比分析,发现先依次焊接两个吸能盒沿防撞梁长度方向的焊缝,再焊接另一反向其余焊缝的焊接顺序效果最优,该方案在满足装配要求的情况下可有效降低残余应力。     

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。     

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。     

仿生车门梁的有限元模拟与分析

针对汽车交通事故中侧面碰撞比例高、危害大的问题,为了进一步提高汽车车门的耐撞性,对汽车车门梁进行仿生设计。基于结构仿生学和力学理论,利用小麦茎秆维管束的分布特性,仿照小麦茎秆横截面微观结构,对某品牌汽车车门梁进行仿生优化,设计出四种仿生模型。利用有限元软件ANSYS,对车门梁原型及其仿生模型,分别进行弯曲、扭转和弯扭组合变形的有限元模拟分析。结果表明,三种变形的模拟分析中,仿生模型四都具有较好的力学性能。     

小偏置碰撞中车轮侵入方向对于车门防撞管的影响

根据中国保险汽车安全指数(C-IASI)提出的关于低重合率正面碰撞(SOFC)的评价试验(25%小偏置正面碰撞试验)及评价规范对某车型进行评价和优化。基于Pam-Crash求解器,使用有限元仿真法研究车身及门内防撞管在受到从车轮传递的不同方向的载荷条件下的变形情况及乘员舱的侵入量,并针对其中的防撞管出现的问题提出优化方案。研究表明,车门防撞管是否能有效支撑,对于乘员舱侵入量大小有显著的影响,通过增加车门防撞管支架的方案,能够有效防止防撞管脱出,增强防撞管安装稳定性。     

预制拼装混凝土节段梁的弓形变形研究

通过建立有限元模型,模拟现场混凝土浇筑、水化并经过热-结构耦合分析,来研究新浇筑梁在水化放热过程中致使匹配梁产生的"弓形变形"。通过现场实测数据,验证有限元模型计算的合理性,并在此基础上,分析节段长细比、放热速率、浇筑温度对匹配梁弓形变形的影响。结果表明:建立的有限元计算模型合理;长细比越小,放热速率越快,浇注温度越低,弓形变形就越明显。     

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。     

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。     

某型货车车门下沉刚度分析及改进设计

利用Hypermesh软件对某货车车门进行有限元建模及下沉刚度仿真分析,得到车门应力、应变云图,进行该车门的下沉刚度试验,对比分析仿真结果和试验所得下沉变形数据,提出改进措施并计算验证。结果表明,车门有限元模型能反映实际结构的刚度特性,改进后的车门满足车门下沉刚度的要求,该方法为新车门的研发提供了依据。     

碳纤维布加固混凝土箱形墩柱温度自应力研究

考虑到碳纤维布(CFRP)与混凝土的热胀系数不同,该文建立了CFRP加同任意形状横截面混凝土构件因日照辐射或骤然降温引起的温度自约束变形求解方程,进而推导了CFRP加固混凝土箱形墩柱在均匀、线性和指数变化温度梯度下的温度自应力解析式。文章中与未加固混凝土箱形墩柱温度自应力解析式进行了对比分析,CFRP加固箱形墩柱即使在均匀和线性变化温度梯度下也会产生温度自应力,在指数变化温度梯度下CFRP中产生可观的温度自应力。所推导的自约束变形求解方程和温度自应力解析式既适用于CFRP加固混凝土构件也适用于未加同混凝土构件。采用ANSYS有限元软件对温度自应力进行仿真分析,与该文公式计算结果对照,说明文中推导的CFRP加固混凝土箱形墩柱温度自应力解析式具有足够的精度。     

考虑密封条动态压缩效应的车门动态关闭疲劳仿真与试验研究

为提升车门动态关闭疲劳损伤计算精度，基于 Abaqus仿真不同压缩速率下密封条压缩载荷-压缩量曲线，通过最小二乘法拟合得到密封条动态压缩曲线非线性函数关键参数；在车门动态关闭瞬态响应分析模型中运用密封条动态压缩载荷-变形函数；设计车门开闭耐久试验对标验证锁点力值和损伤。研究结果表明，应用密封条动态压缩载荷函数曲线仿真的锁扣载荷瞬态响应与试验测试力值偏差小且变化趋势基本一致，车门动态关闭疲劳仿真预测结果与耐久试验高度吻合。密封条动态压缩阻尼效应对提升车门关闭耐久仿真精度有重要意义。