某微型電動汽車保險杠結構優化及仿真分析

譚 飛，王旭飛，焦登寧，張重陽，王 蒙

(陜西理工大學 機械工程學院， 陜西 漢中 723000)

隨著經濟的發展，汽車的保有量也越來越大，給人們生活帶來很多便利的同時，也產生了許多安全問題，汽車安全工程受到人們廣泛關注。當前汽車被動安全仍是汽車安全方式最重要的一個方面[1-2]。近些年來，微型汽車由于其嬌小外形、省油等多方面特點，受到了眾多消費者的青睞。同時嬌小外形也使得其安全性成為大家關注問題。微型汽車與普通乘用車不同的是，它車身前部較短，吸能區域有限，因此其正面碰撞安全性設計難度較大，吸能盒設計并不適用于微型汽車，只能將吸能盒與縱梁結合在一起[3]。保險杠系統是汽車正面碰撞中關鍵的能量吸收部分，保險杠系統的有效設計、性能的提高，能較大水平提高汽車的安全性[4-5]。現有許多保險杠類型，如雙帽型保險杠[6]、液壓成型保險杠[7]、鋁合金保險杠[8]以及碳纖維復合結構[9]等，大多結構復雜或者成本較高，具有不利于加工生產等缺點。

本文在兼顧耐撞性與輕量化的基礎上，基于顯式動態有限元理論及沖擊動力學原理，對某微型電動汽車保險杠進行有限元分析，提出5種優化方案，并對各方案保險杠的變形和吸能情況進行仿真分析，以提高該微型電動汽車的安全性。

1 碰撞性能分析基本理論

碰撞是瞬時的復雜物理變化過程，是一種非線性動態接觸變形問題。LS-DYNA求解碰撞問題主要采用顯式中心差分法，利用中心差分法離散時間域，無需構造剛度矩陣即可求解節點的運動方程，有效回避了因非線性問題引起的收斂問題[10]。……