熱沖壓成形B柱碰撞性能研究

闞洪貴，唐程光，魯后國，李鐵柱

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

熱沖壓成形B柱碰撞性能研究

闞洪貴，唐程光，魯后國，李鐵柱

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

隨著人們對汽車安全性能要求的不斷提高，熱沖壓鋼因具備超高強度，在車身的應用越來越廣泛。B柱是車身上重要的安全結構件。在整車側面碰撞中，B柱的耐碰撞性能對整車側面碰撞性能具有重要影響。文章對熱沖壓和冷沖壓高強鋼B柱零件的耐碰撞性能進行了對比研究，結果表明，利用熱成形B柱零件可以有效的減少側碰的侵入量。

熱成形；B柱；側面碰撞；性能研究

CLC NO.:U461.91 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-127-03

前言

隨著全球能源匱乏和環境污染的不斷加重，車身輕量化和節能減排已成為汽車發展的主要方向。而采用先進高強鋼板是保證汽車安全前提下實現汽車輕量化的有效途徑，然而使用先進高強鋼存在回彈和不易成形等缺點[1,2,3]。熱成形鋼的使用可以有效的克服上述困難，因此，在汽車制造中獲得了廣泛應用。

車輛交通事故中轎車側面碰撞是非常危險的一種碰撞形式。由于沒有足夠的緩沖吸能區間，側面碰撞相比正面碰撞更容易引起嚴重的人員傷亡。頭部損傷和胸部損傷是車輛側面碰撞中常見的損傷類型，并且是造成重傷和死亡的主要原因[4]。

B柱作為車身重重要的安全結構件，在整車側面碰撞中，B柱的耐碰撞性能對整車側面碰撞性能具有重要影響。文章采用試驗測試評價方法，結合仿真分析手段，對熱沖壓成形和冷沖壓高強鋼B柱零件的耐碰撞性能進行了對比研究。

1、實驗材料與方案

1.1 實驗材料

方案一為試驗材料為1.2mm厚22MnB5冷軋板，方案二材料為1.8mm厚HC420LA冷軋板，其零件力學性能分別如下表1和下表2所示。

表1 熱成形后零件力學性能

表2 冷沖壓高強鋼零件力學性能

1.2 實驗方案

建立B柱側面碰撞有限元仿真分析模型，并進行碰撞仿真分析，如圖1所示。碰撞臺車采用整車側面碰撞用臺車模型，質量為950Kg。在整車側面碰撞過程中，B柱遭受撞擊區域最大變形量約在80mm～100mm之間，根據仿真分析中不同碰撞速度下的B柱變形程度，確定移動臺車碰撞速度為14km/h。進行設計工裝的強度校核，如圖2，碰撞過程中工裝未發生明顯塑性變形，滿足設計要求。

圖1 B柱側面碰撞有限元仿真模型

圖2 B柱側面碰撞工裝強度校核

B柱側面碰撞試驗方案如圖3所示。B柱通過工裝固定在剛性墻上，采用整車側面碰撞標準壁障臺車撞擊B柱，碰撞瞬間移動臺車速度為14Km/h±0.5Km/h。B柱固定狀態為實際整車裝車狀態，并根據R點參數確定B柱在剛性墻上的相對安裝位置，如圖4所示。

圖3 B柱側面碰撞試驗工況

圖4 B柱安裝固定

在B柱對應假人頭部、胸部、腹部和骨盆位置，分別各布置一個傳感器，用于輸出該點位置的試驗數據，如圖5所示。在B柱左前方布置一個高速攝像，記錄碰撞過程中B柱的變形過程，如圖6所示。實驗測量項目如表3所示。

表3 B柱零部件碰撞試驗測量項目

圖5 B柱側面碰撞傳感器位置

圖6 B柱側面碰撞傳感器位置

2、實驗結果與分析

2.1 B柱變形狀態分析

實驗中B柱變形模式均為上端的侵入變形較小、中下端撞擊位置的侵入變形較大，且由于B柱下端的反彈，最終整體的變形程度較小（見圖7）。

圖7 側碰B柱形態

2.2 B柱侵入量分析

根據加速度傳感器數據，換算出B柱上對應假人頭部、胸部、腹部和骨盆位置的侵入量，如圖8所示。

通過試驗對比，熱沖壓成形B柱在頭部、胸部、腹部、骨盆部位的侵入量均低于冷沖壓高強鋼B柱。尤其是在側面碰撞過程中最為重要的假人胸部的侵入量，熱沖壓成形B柱的入侵量為77.1mm，冷沖壓高強鋼B柱的入侵量為95.5mm，入侵量減少了21.4mm，碰撞性能提升達22%。

圖8 B柱上對應假人各位置侵入量隨時間變化曲線

3、結論

從對比試驗數據可以看出：熱沖壓成形B柱在側面碰撞過程中的各部位入侵量均低于傳統冷沖壓高強鋼B柱。說明熱成形零部件的使用可以有效的防止側碰對乘員造成的傷害。

[1] M.Naderi,M.Ketabchi, M. Abbasi, W. Bleck, J. Mater. Process, Technol, 211(2011)1117-1125.

[2] M. Eriksson,M. Oldenburg. Testing and evaluation of material data for analysis of forming and hardening of boron steel components, Modelling Simulation of Material Science Engineering. 10(2002) 227-294.

[3] M. Merklein, J. Lecher. Investigation of the thermo-mechanical properties of hot stamping steels. Journal of Materials Processing Technology. 177(2006)452-455.

[4] 張斌,轎車側碰撞安全性及乘員損傷防護技術研究[D], 湖南大學,2010.

Impact Performance Analysis of the Hot Press Forming B Pillar

Kan Honggui, Tang Chengguang, Lu Houguo, Li Tiezhu
( Anhui Jianghuai Automotive GCo. Ltd, Hefei 230601 )

Hot press forming steel used more and more extensively in the car body for its ultra-high strength and the increased safety requirements. B pillar is one of the important safety parts on the car body. The performance of B pillar is highly influenced the side impact performance. Hot press forming B pillar can reduce the instrument in the side impact comparing to the cold press forming.

Hot Press Forming; the B Pillar; Side Impact; Performance Analysis

U461.91

A

1671-7988 (2017)08-127-03

闞洪貴 (1983-)，男，山東臨沂人，工程師，主要研究方向：汽車車身設計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.043