反轉螺旋形結構碰撞特性分析

1、引言

現代汽車的前縱梁大都采用矩形截面的直梁的結構，這種結構在碰撞過程中能產生較為理想的變形。不同形狀的直梁件可以有如圖1所示的5種截面，這些截面都具有相同的周邊長，但是碰撞特性卻大不相同。

2、同段同截面反轉螺旋形結構碰撞分析

在本文中，我們取周長相同、長度相同但截面形狀不同的薄壁直梁進行分析。材料選擇45號鋼，厚度為1mm，網格邊長取5mm，旋轉角度取15度，薄壁直梁長度取400mm，所選擇的材料都相同，本文通過分析不同截面形狀的吸能情況，進而得出哪個截面形狀吸能特性更好。

下圖2為上面五種截面反轉螺旋型薄壁管件的網格劃分結果。

以下是第7.3ms時的薄壁管件碰撞變形圖，可以發現正方形、正五邊形截面薄壁管材已經有不規則變形的趨勢，而其他的截面形狀均為“手風琴”式的對稱褶皺變形模式。

通過計算分析碰撞過程中薄壁吸能管件的能量變化、碰撞剛體加速度變化曲線，可以對薄壁吸能管件的吸能效果作出分析判斷，并對薄壁吸能管件的吸能特性有初步理解。圖4為不同截面薄壁吸能管件計算統計結果。

初步的仿真過程顯示，與其他截面的薄壁管件相比，正方形、正五邊形截面薄壁管件在較大的碰撞能量下更易發生歐拉彎曲變形，造成吸能效果的明顯惡化。雖然此次仿真計算結果表明正六邊形截面薄壁管件能夠在碰撞過程中吸收較多的能量，但是，由于仿真過程中存在著較大的沙漏能差別（正六邊形截面薄壁管件的沙漏能是正方形截面薄壁管件的三倍之多），所以這一結果有待進一步驗證。……