关于汽车用铝合金吸能盒结构优化设计分析

汽车重量是汽车消耗能源的重要因素,为了减小汽车的耗能对其进行减重成为重要的研究课题。铝合金是汽车材料的重要组成部分,对其减重性能分析具有重要意义。基于近似模型计算和数值优化方法,对其进行碰撞仿真分析,进而确定其相关的参数,在此基础上进行不同截面形状的对比分析研究得到最优的截面形状。最后通过实验,验证了其方法的有效性、科学性,能够为进一步进行铝合金吸能盒的减重研究提供参考。     

基于零部件试验的保险杠系统轻量化研究

从变形模式、能量吸收和截面力传递等方面将零部件碰撞结果同整车碰撞结果建立关联,从而建立了保险杠-吸能盒零部件碰撞仿真模型并进行了试验,由此提出了一种通过零部件试验评价保险杠-吸能盒在整车碰撞中的性能特性的方法。运用该零部件碰撞模型进行了保险杠-吸能盒轻量化设计。优化结果表明,在减轻质量的同时保证了优化前、后整车碰撞特性基本一致,节省了大量计算时间。     

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％.     

铝合金吸能盒耐撞性研究

为提升汽车安全性能及实现轻量化目标,对4种不同截面铝合金吸能盒的耐撞性进行对比分析,并研究宽高比及材料强度对耐撞性能的影响。研究表明:双十字型截面吸能盒耐撞性能最优;在汽车结构设计中,宽高比要控制在0.7至1.0之间,越接近1.0吸能效率越高;吸能随材料强度增加而增加,可以通过加强材料减少壁厚进一步实现轻量化。     

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。     

基于Ls-Dyna和Hyperstudy的汽车吸能盒优化分析

基于Ls-Dyna和Altair Hyperstudy软件,以汽车吸能盒的板材厚度和形状为设计变量,吸能盒质量和刚性墙反力为约束条件,最大化内能为优化目标,对吸能盒进行尺寸和形状优化。优化结果显示,吸能盒质量和碰撞反力基本保持不变,而吸能效果提高了约10%。     

考虑损伤下的汽车吸能盒轴向压缩特性研究

用有限元软件ABAQUS对钢质、铝合金质吸能盒的吸能特性进行对比研究，采用不同的损伤模型模拟材料的变形行为，比较了两种吸能盒轴向压缩距离、变形模式、评价指标的变化特性。结果表明，数值模拟下吸能盒的轴向压缩距离和变形模式与试验结果吻合。在冲击速度为10 m/s的低速碰撞下，铝合金质吸能盒吸收的能量与钢质吸能盒相比减少了6%；钢质吸能盒的吸能效率为35.5 kJ/mm，比铝合金质吸能盒高。铝合金质吸能盒相较于钢质吸能盒在压缩过程中形成了明显的折叠褶皱，边缘处材料失效，单元被移除。吸能盒的评价指标中铝合金质吸能盒的比吸能 （SEA）、峰值碰撞力 （PCF） 均比钢质吸能盒更优，钢质吸能盒的吸能量 （EA）、平均碰撞力 （MCF） 比铝合金质吸能盒更优。铝合金相比钢更适合作为中低速碰撞时车用吸能盒的材料。     

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。     

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。     

某车型吸能盒碰撞中非常规变形问题研究

以某车型在低速碰撞中吸能盒非正常变形问题解决为例,首先对仿真分析与试验结果进行相关性分析,获得能够真实复现试验中问题的仿真模型,然后在此模型基础上进行试验问题原因分析及吸能盒结构优化,最终制定问题解决方案,并通过理论验证方案有效性。最后通过实车低速碰撞试验验证,确保该车型低速碰撞性能满足公司性能设计目标要求。     

客车碰撞缓冲吸能装置研究

文章基于客车前部耐撞性结构特点,提出客车用碰撞缓冲吸能装置的设计要求。通过仿真和试验的方法,对不同截面形状、材料、加工工艺的碰撞缓冲吸能装置的吸能能力、变形模式和平均碰撞力进行详细分析。结果显示采用6063P铝合金制作的吸能装置变形模式稳定,压溃力曲线平稳,满足设计要求。     

考虑材料变形路径及应变率的车身前端吸能结构优化

为了研究不同厚度及强度的高强度钢板对车辆正面碰撞性能的影响,以车身前端主要吸能结构的比吸能最大化为目标,构件的材料和厚度为设计变量,并考虑材料的变形路径和应变率效应,通过试验设计、近似模型与自适应响应面法相结合进行优化,得到了高强度钢板最优的匹配方案.优化后降低了车辆加速度和制动踏板侵入量等乘员伤害指标,提高了车体结构的耐撞性.本研究同时验证了基于自适应响应面法进行优化的可行性.     

钢-铝混合驾驶室材料-结构轻量化设计

为了得到更为完善的商用车驾驶室轻量化设计,提出了钢-铝混合驾驶室材料-结构一体化轻量化方法。首先基于灵敏度分析、等刚度近似理论与等强度理论建立了性能驱动的材料选择方法,并针对钢制驾驶室初步设计了钢-铝混合材料方案。然后通过折衷规划法的拓扑优化识别了驾驶室关键传力路径,并加强了相关结构。其次考虑驾驶室零件厚度、截面尺寸设计参数,建立了驾驶室质量、刚度及模态性能的径向基函数的代理模型,并采用多目标粒子群优化方法对驾驶室进行多目标优化设计。优化结果表明,在满足驾驶室刚度、模态和碰撞性能的要求下,驾驶室质量减轻了12.8%。该方法对钢-铝混合驾驶室轻量化有实际的工程指导价值。     

保险杠安全性能仿真分析与试验研究

针对某乘用车原钢制保险杠低速碰撞变形大的问题和汽车轻量化设计的需求,新开发了铝合金保险杠。分别建立了原钢制保险杠和新开发的铝合金保险杠的有限元模型,对其进行了三点静压仿真,并进行了试验验证。结果表明,铝合金保险杠强度性能优于原钢制保险杠。通过台车碰撞仿真和试验,分析了两款保险杠的耐撞性,相同工况下铝合金保险杠防撞梁的变形量和台车减速度值均小于钢制保险杠,其耐撞性优于原钢制保险杠。     

汽车前纵梁薄壁结构碰撞吸能特性及其优化的研究

阐述了汽车前纵梁薄壁结构碰撞吸能特性的研究方法和研究现状,总结了板厚、材料性能、截面形状、结构形态和连接方式等因素对其碰撞吸能特性的影响。探讨了前纵梁激光拼焊板各部位板厚的多目标优化设计,并给出设计算例。     

梯度强度汽车薄壁结构抗撞性优化EI北大核心CSCD

本文中采用有限元法,对一种梯度强度汽车薄壁结构的抗撞性能进行仿真研究。首先以该结构在碰撞过程中的峰值碰撞力F和比吸能E为评价指标,分析了板厚t、碰撞端强度s和梯度强度分布指数m对其抗撞性能的影响。通过响应面法建立性能参数F和E与设计变量m,t和s的近似关系,并对该结构进行多目标优化,得到F和E的最优设计Pareto前沿。然后考虑到工艺因素的不稳定性,选取该前沿上的特征点对最优设计的鲁棒性进行分析,发现当梯度强度指数m<0.5时(此时顶端强度和厚度应选最小值)鲁棒性最优。最后以原始材料(低强度均质性能)、高强度材料(高强度均质性能)和梯度强度材料进行某款车型前纵梁的正撞模拟评价。结果表明:梯度强度薄壁结构在乘员舱减速度、前围侵入量和比吸能等方面皆比传统设计有着更优的抗撞性能,且有效减轻了车身质量,综合性能最优。     

梯度强度汽车薄壁结构抗撞性优化

本文中采用有限元法,对一种梯度强度汽车薄壁结构的抗撞性能进行仿真研究。首先以该结构在碰撞过程中的峰值碰撞力F和比吸能E为评价指标,分析了板厚t、碰撞端强度s和梯度强度分布指数m对其抗撞性能的影响。通过响应面法建立性能参数F和E与设计变量m,t和s的近似关系,并对该结构进行多目标优化,得到F和E的最优设计Pareto前沿。然后考虑到工艺因素的不稳定性,选取该前沿上的特征点对最优设计的鲁棒性进行分析,发现当梯度强度指数m0.5时(此时顶端强度和厚度应选最小值)鲁棒性最优。最后以原始材料(低强度均质性能)、高强度材料(高强度均质性能)和梯度强度材料进行某款车型前纵梁的正撞模拟评价。结果表明:梯度强度薄壁结构在乘员舱减速度、前围侵入量和比吸能等方面皆比传统设计有着更优的抗撞性能,且有效减轻了车身质量,综合性能最优。     

为提高低速碰撞性能的轿车保险杠吸能盒结构优化

建立了吸能盒低速碰撞性能的评价模型,提出了一种集成有限元模拟和序列响应面法的优化方法.为保证优化过程的收敛,采用信赖域模型管理策略来调整设计空间.与传统的基于梯度的优化方法相比,该方法计算量小,结果准确.最后给出了某轿车后保险杠吸能盒结构优化实例,验证了该方法的可靠性.     

客车骨架构件吸能特性的对比分书

针对汽车耐撞性的要求，以客车骨架常用的矩形管件为研究对象，利用参数化建模的方法，分析了截面形状，壁厚，材料对吸能特性的影响。通过仿真分析表，明在相同情况下方形薄壁构件吸收能量较多且变形量小，但是在碰撞开始产生的峰值加速度较大，在碰撞事故中对人体造成的伤害很大，有必要在此基础上对方形构件进行优化设计。壁厚因素对构件碰撞吸能特性的影响较大，构件的抗变形能力和缓冲吸能能力存在相互矛盾。     

全承载客车正面碰撞吸能器设计与验证

为开发大型全承载客车碰撞吸能器,通过整车正面碰撞有限元仿真分析,确定了吸能器合理的吸能量和压溃力,以压溃力为目标进行吸能器结构参数设计。采用铝合金和DP600钢试制了吸能器样件,通过静态压溃试验对比不同吸能器的压溃力和变形模式,并通过台车碰撞和整车碰撞试验验证吸能器性能。结果表明,铝合金吸能器的压溃变形模式稳定,材料没有撕裂现象,在正面碰撞、偏置碰撞、斜角碰撞等多种碰撞工况下都能产生良好变形,满足整车碰撞安全性的要求。