汽车用铝合金吸能盒结构优化设计

提出将近似模型技术和数值优化方法引入到汽车用吸能盒的耐撞性优化设计中,成功设计了一款铝合金吸能盒,在确保碰撞性能的同时尽可能地减轻了重量。对某乘用车钢制吸能盒进行了碰撞仿真分析,确定评价吸能盒碰撞性能的关键参数。以钢制吸能盒为基础进行铝合金材料替换,对比分析多个截面形状的铝合金管件,得到符合要求的铝合金吸能盒截面形状。采用近似模型优化方法,以铝合金吸能盒边长、厚度和材料屈服强度为设计变量,进行优化设计。根据优化结果试制铝合金吸能盒,通过静压试验验证了铝合金吸能盒在实现减重58%的同时,进一步提高了强度性能。     

薄壁结构在汽车吸能盒中的应用与展望

汽车安全性能是消费者购车时的关键考量因素。其中汽车的耐撞性能尤为关键,其核心部件吸能盒可以通过变形和压溃等机制吸收冲击能量,从而更大限度地保护乘客安全。为优化薄壁结构吸能盒性能,提高车辆耐撞防护性,分析了薄壁结构吸能盒的性能评价指标及其结构类型,揭示其变形吸能特征,最后提出对未来薄壁吸能盒发展的策略和建议,旨在为汽车安全领域的研究和实践提供思路。     

内高压碰撞吸能盒的耐撞性能开发

以某A级车前碰撞吸能盒为研究对象,通过仿真优化、总成试验、台车试验、整车试验的耐撞性能开发流程,实现内高压吸能盒的耐撞性能开发和验证。在保证结构更改对耐撞性能、约束系统性能影响尽可能小的前提下,进行了吸能盒等安全部件的性能开发。结果表明,与原有冲焊结构相比,内高压结构的变形一致性更高,质量降低3%,成本降低4.2%,RCAR工况下总成吸能增加26.7%,具有较好的综合性能优势。     

梯度负泊松比结构填充吸能盒多工况优化设计

汽车碰撞过程中,非理想的斜向碰撞较为普遍。本文中通过对三维负泊松比点阵结构进行多工况耐撞性研究,发现冲击角度对三维负泊松比点阵结构的耐撞性有较大影响,随着冲击角度的增大,吸能量呈下降趋势。将梯度负泊松比点阵结构作为填充材料引入吸能盒设计,以吸能盒外壳厚度与内芯3个厚度梯度值为设计变量,最大综合吸能量、最小轴向峰值力和质量为优化目标,质量和设计变量为约束条件,基于多岛遗传算法进行多工况多目标优化设计。结果表明,在质量和最大峰值力增加不大的条件下,负泊松比结构填充吸能盒的综合吸能量与各冲击角度的耐撞性均得到大幅提升,优化效果显著。     

多工况碰撞载荷下点阵结构填充吸能盒设计策略研究EI北大核心CSCD

由于点阵结构优异的比吸能特性,其在新能源汽车被动安全方面具有广阔的应用前景。本文中以点阵结构填充吸能盒为研究对象,分别建立了具有不同点阵结构内芯的汽车吸能盒有限元模型,对比分析了不同填充吸能盒与传统吸能盒在多角度斜向碰撞工况下的耐撞性能,阐明点阵结构与吸能盒本体之间的相互作用机理及内芯选择依据。在此基础上,进一步考虑本体诱导槽对多工况变形模式的影响,开展了基于改进本体结构的点阵结构填充式汽车吸能盒抗撞性多目标优化设计。结果表明:具有正六边形点阵结构填充的汽车吸能盒具有稳定且优异的吸能性,基于改进诱导槽的点阵结构填充式吸能盒优化方案相对于原始吸能盒结构减质量32.05%,在保证最大冲击力小于阈值的前提下,其各项综合性能指标均得到显著提升。     

基于多胞结构的车身前端轻量化和耐撞性设计

为满足车身轻量化和耐撞性设计的要求,采用材料替换与结构改进相结合的方法对前端进行优化。基于试验验证的整车正面碰撞模型,建立了铝制前端模型并与钢制设计方案进行了耐撞性对比。为提高铝制前端耐撞性能,设计了不同胞数的多胞构型截面,并在三点弯曲和轴向压溃工况下分析其吸能特性。运用多目标优化方法对多胞前端的结构参数进行寻优。结果表明,优化后的铝制多胞结构能在改善整车耐撞性的同时,显著减轻前端质量。     

纯电平台钢铝混合车身机舱框架结构设计

车身机舱框架结构是汽车发生正碰时吸能和传递载荷的重要总成,其耐撞性和轻量化设计影响到整车碰撞性能及轻量化水平;基于某款纯电动车型,采用钢铝混合材料完成机舱的框架结构设计,保证50km/h全正碰试验及64km/h偏置碰试验过程中,机舱框架稳定压溃变形,吸能模式合理,达到碰撞性能目标;同时保证机舱框架上重要安装点的性质指标。     

基于轴向耐撞效能薄壁管材料轻量化设计

为使汽车节能减排,材料轻量化是其基本方法之一.车身前纵梁截面形状通常是矩形和六边形薄壁管,文章基于BCE单元研究了基于等轴向耐撞效能的矩形和六边形截面薄壁管材料替代轻量化设计分析方法,给出了用高强度钢替代低碳钢的结构轻量化设计实例,并对其碰撞特性进行了有限元计算模拟,验证了理论分析结果.指出以BCE单元模型为基础的材料替代轻量化设计方法对矩形和六边形截面薄壁管是行之有效的.     

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。     

车身结构件轴向压溃性能的截面优化

针对车身被动安全设计中前纵梁耐撞性能开发,建立了描述轴向压溃性能的关键截面参数以及优化模型,研究了截面几何参数与前纵梁最大碰撞力和吸能量之间的关系,并将轻量化作为设计目标。为了提高优化结果的鲁棒性,在自主开发的优化求解器中集成了罚函数法并结合遗传算法,通过对LS-DYNA求解器的调用,实现了针对梁截面几何特征的参数化设计及优化,提高了耐撞性能。     

基于SolidWorks Simulation的轿车后防撞梁强度非线性分析

汽车的后防撞梁作为汽车后部的支撑保护装置,对汽车后部的保护及汽车的安全性起着至关重要的作用。后防撞梁通过吸能盒连接到车身左右纵梁,当车辆遭遇到追尾事故时,后防撞梁及吸能盒可以很大程度上缓冲追尾碰撞的冲击力,并把部分能量传递到车身的左右纵梁,以减少车身损坏程度,保护油箱及保护乘员安全。文章利用SolidWorksSimulation有限元分析软件,在小轿车以60km/h的速度行驶时,对C型后防撞梁发生正面追尾碰撞,进行强度非线性分析,研究C型防撞梁在碰撞过程中的应力及变形情况。     

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。     

挤压铝合金车身前纵梁耐撞性研究

车身前纵梁是汽车发生正碰时吸能和传递载荷的重要部件。为提高车身前纵梁的耐撞性和轻量化水平,利用CAE分析研究了不同截面形状铝合金前纵梁50km/h冲击载荷下的总吸能量、碰撞力峰值及其变形模式。结果表明,"日"字形截面前纵梁适用性最佳。搭载某纯电动车型,50km/h全正碰试验后,前纵梁前端发生轴对称变形,吸能模式合理,后段未发生折弯失稳。     

全铝车身前纵梁耐撞性与轻量化优化方法

为了提升前纵梁的碰撞性能及轻量化水平,建立了全铝车身前部结构的正面碰撞有限元模型,对前纵梁的耐撞性与轻量化优化方法进行了研究。以前纵梁的3种不同截面形式为对象,对比分析了截面形状的变化对碰撞性能的影响。在此基础上,以碰撞性能及质量为优化目标,分别对3种不同截面形式的前纵梁进行多目标优化。进一步在目标空间中,将3种不同截面形式前纵梁的Pareto解集按其目标函数向量进行相互比较,最终得到了考虑截面形式影响因素的Pareto解集。此优化方法为前纵梁的耐撞性与轻量化优化提供了新的解决方案。     

帽形截面薄壁焊接结构轴向耐撞性的优化设计方法研究

以帽形截面薄壁梁为例,研究了焊点布局对薄壁梁结构轴向耐撞性的影响。建立了精度较高的用于分析薄壁梁结构轴向耐撞性的有限元模型,提出了考虑焊点影响的帽形截面薄壁梁在轴向冲击载荷作用下的平均碰撞力的解析解,并以薄壁梁结构的轴向平均碰撞力和弯曲刚度为约束条件,对一帽形截面薄壁梁进行了轻量化设计,大幅提高了优化设计的效率。讨论了一些重要参数(如截面形状、材料性能、载荷形式等)对薄壁梁结构轴向耐撞性能的影响。     

仿生双菱形肋边多胞薄壁结构的耐撞性能研究

为提高汽车吸能盒结构耐撞性,受毛竹微观结构启发,提出3种不同的仿生双菱形肋边多胞薄壁结构。建立仿生双菱形肋边多胞薄壁结构的有限元模型,通过有限元仿真对比研究仿生双菱形肋边多胞薄壁结构与传统八边形多胞薄壁结构的耐撞性。分析双菱形肋边布置方式、内层壁厚等因素对新型薄壁结构吸能特性和变形模式的影响。结果表明,与传统八边形多胞薄壁结构相比,仿生双菱形肋边多胞薄壁结构的吸能特性有了明显的提升;双菱形肋边布置方式和内外层壁厚对结构吸能特性均有一定影响;随着内层壁厚的增加,结构最大峰值力减小,但总能量吸收和比吸能减少,载荷平稳度降低。仿生双菱形肋边多胞薄壁结构能有效降低乘员在汽车正面碰撞中所受的伤害,可应用到新能源汽车吸能盒的设计开发中。     

考虑结构、材料和工艺要求的复合材料B柱优化

为实现汽车轻量化,提高汽车耐撞性,并考虑汽车B柱结构形式和材料特性,采用了一种复合材料B柱削层结构。利用复合材料可通过削层工艺方便地实现变截面厚度的特性,分两步对复合材料B柱削层结构进行了多目标的优化。首先,通过分析B柱结构形式确定削层区域,以轻量化为目标,构建代理模型并采用多岛遗传算法进行优化,得到各个子层区域的铺层层数。然后,综合考虑削层结构的工艺和性能特点,研究不同铺层角度和铺层顺序对耐撞性的影响,确定了铺层最佳方案。最终结果表明,在满足工艺要求的条件下,复合材料B柱结构的质量减轻了61.4%,并提升了整车在顶压和侧面碰撞中的耐撞性。     

利用蜂窝结构改善汽车耐撞性的仿真研究

在汽车碰撞过程中,汽车前纵梁是主要的吸能装置.通过对方管薄壁结构和蜂窝型多胞结构的耐撞性进行对比分析可知,蜂窝型多胞结构杆件具有较好的吸能特性.将蜂窝型杆件应用于汽车前纵梁上进行碰撞分析.结果显示,蜂窝型多胞结构具有更优越的耐撞性能,且碰撞过程的材料利用率也较高.     

基于抗撞性和设计空间的薄壁直梁参数优化

运用碰撞仿真技术,对能够代表汽车前纵梁的6种薄壁直梁进行了截面形状选择;针对所选取的较优截面形状直梁的截面尺寸、板厚和材料强度进行了正交试验设计,以吸能、比吸能和压溃距离为主要评价指标建立了响应面模型并进行优化.结果表明,优化后的直梁在质量仅增加3.2％的情况下,不仅抗撞性明显提高,而且设计空间下降了约27.1％.     

拼焊板保险杠横梁耐撞性的离散优化设计

为实现汽车设计的耐撞性和轻量化,将高强度钢拼焊板(TWB)结构运用到保险杠横梁,结合多目标离散优化方法,进行优化设计。运用Hypermesh软件,建立了原保险杠模型和拼焊板保险杠模型,并用LS-DYNA软件进行验证。横梁内、外板均由厚度不同的5块高强度钢板焊接而成。以提高保险杠横梁的吸能量,控制质量增加为优化目标,进行横梁三点静压仿真试验,对板材的材料和厚度参数进行迭代优化。结果表明:优化后的拼焊板保险杠横梁吸能量提高81.66%,质量只增加8.96%;从而满足了耐撞性和轻量化的要求,并具有更好的变形模式和碰撞载荷特性。