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%。     

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。     

汽车铝制防撞梁碰撞性能优化分析

深入开展车辆与护栏碰撞的安全研究,对提高我国交通安全具有重要现实意义。文章阐述了国内外学者对车辆与护栏碰撞的研究,利用ANSYS以及LS-DYNA软件建立车辆和护栏模型,通过碰撞模拟和计算,研究车辆防撞梁单元车速因素对防撞梁碰撞性能的影响,对防撞梁碰撞性能进行优化分析。     

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.     

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。     

武汉鹦鹉洲长江大桥中塔墩防船撞装置研究

武汉鹦鹉洲长江大桥主桥为(200+2×850+200)m三塔四跨钢-混结合梁悬索桥,中塔墩提出采用自浮式筒形复合材料防撞装置,以减小桥墩的船撞风险。为研究该防撞装置的破坏模式及防撞效果,制作了4个缩尺比为1∶8的防撞装置试件进行准静态侧压试验,并采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对船桥的碰撞过程进行数值模拟。结果表明:在准静态侧压下,防撞装置的内面层层间剥离、外面层与泡沫剥离,内、外面层纤维均断裂;纵向格构层间剥离并屈曲破坏,降低格构间距可提高结构的弹性极限承载力和初始刚度;防撞装置可以降低船舶撞击力,延长撞击时间;船艏结构撞击后变形明显减少,应力降低。该防撞装置具有良好的防撞保护效果,能有效地降低船桥碰撞过程中桥梁和船舶的损伤。     

基于机器学习的防撞梁低速碰撞性能预测研究

文章根据GB 17354-1998法规的试验工况,提出了一种基于机器学习的汽车防撞梁低速碰撞性能预测方法。通过将防撞梁的几何结构进行参数化表征,构建防撞梁几何结构数据集;结合几何参数和布置参数,构建简化的摆锤冲击工况,进而形成机器学习训练数据集。以摆锤对防撞梁的侵入量作为性能指标,采用三种预测模型进行侵入量的预测效果验证。结果表明,支持向量机模型和多层感知器模型表现出较高的预测精度,并在实际工况预测中取得了较好的结果。该方法可在整车开发中实施应用,能够大幅缩短防撞梁摆锤冲击性能的评估周期,同时可为几何结构的寻优提供帮助指导。     

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。     

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。     

一种汽车防撞梁轻量化结构的仿真分析与试验研究

为兼顾汽车结构轻量化和碰撞安全性的要求,本文中提出了一种铝合金波纹板加强结构设计方案用来加强盒形汽车防撞梁。通过建模与仿真研究了波纹板的不同结构特征和参数对防撞梁加强作用的影响,并进行了集中载荷和均布载荷条件下的试验验证。仿真和试验的结果均表明,铝合金波纹板加强结构是汽车防撞梁轻量化设计的有效方法,具有重大的工程应用价值。     

基于通用生成函数法的CFRP防撞梁碰撞可靠性设计优化

为满足汽车耐撞性与轻量化的要求,对碳纤维增强复合材料（CFRP）防撞梁进行可靠性优化设计（RBDO）。以CFRP防撞梁关键控制点横坐标、厚度以及铺层角度为设计变量,以碰撞力峰值为约束条件,以比吸能最大为目标构建优化模型。采用拉丁超立方法与克里金（Kriging）代理模型法相结合拟合出目标及约束函数的Kriging近似模型,采用通用生成函数（UGF）-直接映射法来进行碰撞可靠性优化设计。结果表明：在随机变量非正态、功能函数高度非线性的情况下,传统矩方法无法保证收敛,蒙特卡罗法精度最高但计算成本过大,使用UGF进行可靠性分析优化时收敛稳定,在保证精度的同时效率较高;引入非均匀聚类技术的UGF法效率进一步提高,采用UGF法得到的优化结果相较于初始目标值优化幅度达21.6%,达到预期效果。     

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。     

吸能梁式公路可导向防撞垫开发研究

针对目前市场上公路防撞垫价格较高的现状,依据薄壁管梁的吸能原理,设计了一种缓冲吸能梁,通过计算机仿真分析研究,确定了单个吸能梁的吸能能力.吸能梁与支撑架组装成防撞垫,该防撞垫具有可导向功能,并且可根据需要调整吸能梁的组数以满足不同的车辆碰撞速度要求,最大程度地保障车内乘员安全,该防撞垫与国内外其他同类产品相比,其性价比优势明显.     

轻型客车车门防撞梁用超高强度钢管

车门防撞梁可以减少侧面碰撞时对乘员的伤害,在被动安全中发挥着重要的作用。轻型客车车门防撞梁一般采用圆形直缝焊接钢管。本文结合轻型客车车门防撞梁的开发,介绍了管形防撞梁的用材,重点介绍了22MnB5超高强度钢管在轻型客车车门防撞梁上的应用,内容包括22MnB5管形防撞梁的化学成分特点、力学性能和金相组织,以及管形防撞梁的制造工艺和性能要求。     

基于轻量化的超高强钢辊压前防撞梁碰撞性能实验研究

参考C-NCAP2012版管理规则,建立了前防撞梁正碰性能评价实验模型。对采用不同强度、不同厚度规格的辊压超高强钢前防撞梁,完成了正碰对比实验,研究了材料强度、厚度对前防撞梁零件碰撞性能的影响。实验结果表明,对同一强度材料,随着厚度的增加,加速度峰值及变形量减小;对于同一厚度,随着强度的增大,加速度峰值及变形量也减小。同时,实验证明对于同一截面的前防撞梁零件,通过采用强度更高的材料,可以在实现轻量化的效果下,获得接近或者相当的碰撞性能,为前防撞梁零件设计与新车型零件选材提供了参考。     

汽车低速碰撞模拟中的关键因素识别

为了在车辆开发过程中快速准确地识别各种边界条件变化对车辆低速碰撞性能的影响,选取3种不同结构特征的防撞梁结构,就模型简化、模型剪切、整备质量、重叠量、Y向撞击位置、角碰角度偏差和碰撞速度偏差7大因素进行分析研究,并识别出关键影响因素,为后续指导防撞梁开发奠定基础。     

扭转梁悬架碳纤维复合材料横梁结构优化

鉴于碳纤维增强复合材料(CFRP)轻质高强的特点,本文中将某乘用车扭转梁悬架原钢质横梁用碳纤维复合材料替代,并进行结构优化设计。首先,通过碳纤维增强复合材料层合板力学性能试验获得材料力学参数,建立悬架扭转梁有限元模型,并对扭转梁中的碳纤维复合材料横梁截面进行改进设计。在此基础上,综合考虑横梁质量、刚度和工艺约束,对CFRP横梁进行铺层厚度、角度和铺层顺序的多层次优化。优化后,在满足各项性能指标的情况下,碳纤维增强复合材料横梁比原钢质横梁轻量79.34%,取得显著的轻量化效果。     

新型点阵夹层防撞梁与负泊松比吸能盒复合总成开发与吸能性能

为高效解决车身结构抗撞性和轻量化同步实现的难题，以乘用车前防撞梁与吸能盒为例，将点阵夹层结构与负泊松比结构用于其设计，并考察新型复合总成的吸能性能。以传统高强钢方案作为对标基准，获取待开发总成的性能设计依据。基于高强钢总成40%重合率碰撞试验，完成有限元模型的精度验证，进而获得全宽碰撞的结构响应特征及吸能参考数值，用于指导新型总成的开发。通过数值模拟算例，分析新型复合总成对冲击输入能量的适应性及吸能量对负泊松比吸能盒壁厚的敏感性，从而提出增加吸能盒封板与防撞梁支撑的改进方案。改进后的点阵夹层防撞梁具有更佳的承载刚度与载荷传递能力，总成变形模式愈加合理；改进前、改进方案1与改进方案2的总成吸能量分别占输入总能量的11.5%、68.2%与92.76%，高于高强钢方案的64.09%；改进方案2较高强钢方案减重32.9%。复合前防撞总成的台车试验与仿真结果对比显示：输入能量、碰撞初速度、总成吸能量、平均压溃量、平均碰撞力与回弹速度等指标的偏差绝对值均小于5%。结果表明：采用点阵夹层结构与负泊松比结构后，新型复合总成的吸能性能与轻量化水平均优于高强钢方案，2类结构适合于车辆承载与吸能结构，复合总成的设计方法与开发流程适用于相关新型结构的开发。