車輛內裝產品項目及其有限元分析

（揚州杰特沈飛車輛裝飾件有限公司，江蘇 揚州 225815）

0 引言

隨著交通運輸技術的不斷發展，車輛工藝水平與車輛設計備受國際和國內的重視。依據車輛設計目標要求，減輕零部件重量，改進車輛相關性能是需要引起重視的問題。輕量化、低能耗、安全、環保、生產制造和成本優越備受關注。經過有關資料顯示，車輛減輕一定質量，同等情況下，車輛能耗會有所降低。同等條件下，車輛減輕質量與之前未減輕時相比，在能耗相同的情況下，可以多行駛路程[1]。在車輛設計過程中，結構設計也尤為重要，與材料用量與分布密切關聯。在車輛中有各種各樣的板料制成的零部件，由此可見，板料零部件在車輛設計制造與使用過程中十分重要。人們乘坐車輛穿梭在城鄉里，直接與車輛內裝板料接觸。該文研究車輛內裝產品蜂窩鋁及其合金板項目，介紹其用途，簡述車輛內裝產品蜂窩鋁及其合金原理，構建其三維模型與數值模型，運用有限元技術分析蜂窩鋁及其合金板應力分布，為進一步研究開發作理論參考。

1 車輛內裝產品蜂窩鋁及其合金簡介

多孔材料指的是具有一定數量空隙的固體材料，這類材料結構多數為洞孔或包圍起來的洞孔[2]連接起來的立柱或數層平板組成孔隙邊界或表面。近年來，隨著科技的不斷發展，人們逐漸發現多孔材質的優點，越來越多的多孔結構或材質制成的制品來投入生產與建設之中。一些企業開始人工制造各種各樣的多孔隙材料。1）重量輕。多孔隙材料能夠在確保剛度的同時改變材料密度，從而減輕重量。2）韌性好。有些多孔隙材料表現出良好的韌性，可被制成交通工具的外殼來保護乘客。3）隔音效果好。相比于其他材料，多孔隙材料有多個折射或反射面，聲波傳播到其中會被多次折射或反射，阻波性能顯著，利用該類結構制成的隔音板，可以隔離聲音的傳播。4）滲透性能佳。調節孔隙的基本參數尺寸、孔型與方位以及一定規則排布制造出多孔隙材質零部件，利用這種材料零部件可以制造或組裝成“篩”以及過濾裝置。5）吸附性能強。由于液體與氣體分子運動受到其直徑差異作用，多孔材質在與迥異孔徑發生接觸時，液體或氣體的吸附能力表現迥異，鑒于該特點，一些企業利用多孔結構材質制造出凈化水或者空氣多次重復使用的分離膜[2]。

2 車輛內裝產品蜂窩鋁或鋁合金原理

這里簡述車輛內裝蜂窩鋁或鋁合金產品的原理[3]。蜂窩鋁或鋁合金材料是多邊形結構材料，各鋁蜂窩具有清晰的壁孔和規則的棱角，平整的表面能夠較好地和面材料黏結成復合材料[2]。近年來，蜂窩材料被廣泛地使用在工業多領域之中，密集的“蜂窩”具有很多類似的工字型結構，該類結構能夠分散來自面板方向的壓力，并且面板受到的力分布均勻，當面板的面積比較大時，其受力依然可以保證的比較好的平整度。蜂窩板受熱時蜂窩可以起到吸能擠壓的作用，減緩受熱膨脹而導致的危害。鋁蜂窩的性能優越，其制造加工綠色環保，便于再利用回收；其相對密度比較低；因其版型比較大、平整度比較好、安裝比較便捷、裝飾性較強。越來越受到學術界和工程界的重視。在交通工具、建筑材料、裝飾裝修、軍工國防領域有著重要的地位。

由于蜂窩鋁及其合金結構脫胎的復合板具有質量較輕、受力均勻的優良性能，同時具備比較好的緩沖吸能性能，能夠回收再利用，該類結構材料也被運用在普通民生行業，例如室內隔斷與商品展示臺。近年來，有色金屬鋁制成的鋁蜂窩板因其安全的綠色環保，作為加工材料受到廠家與客戶歡迎，加工前后擺放省去很多環保程序。有別于傳統隔斷，蜂窩鋁及其合金板具有高貴氣派的風格受到中高檔用戶的歡迎。鋁板不可燃燒能夠防火，純鋁產品環保無污染，質量輕，便于運輸，其制成的展示臺組裝拆卸也很方便。

蜂窩結構在交通領域的應用也比較廣泛，著名的汽車企業科尼塞克利用鋁蜂窩結構材料制造汽車底盤，其車身也運用鋁蜂窩夾層增強材質。有些車船體制造也會運用蜂窩板，可以減輕車船體自重，改善車船體成本[4-5]。因鋁蜂窩材料防水汽流體能力顯著，一些城市軌道交通車輛洗漱間也使用了鋁蜂窩板材。洗漱間的閥門開啟或關閉的濺水潑灑在地面時，鋁蜂窩地板相比于木質地板更防潮防水。

3 車輛內裝產品建模及其有限元分析

車輛內裝蜂窩鋁及其合金結構產品來源于“仿生學”，其憑借密度較小、重量較輕的優點被廣泛運用，該類用薄面板夾層蜂窩鋁及其合金芯的產品最早被運用在航空航天領域，這類超輕型的復合材質符合一些航空航天科技產品的要求，20 世紀前期鋁蜂窩芯夾層結構被運用在飛機機翼位置。隨著航天航空產品與技術的不斷發展，蜂窩材料種類不斷增多，20 世紀后期美國某家企業利用非金屬蜂窩復合板材料制造成飛機地板，運用在飛機之中。就多孔材料來說，多孔隙結構孔隙尺寸作用的參數直接關聯到其材料的力學性能，由多邊形式的孔排列在相同平面上組成二維結構，這類結構構成的材質因其外形類似蜂窩，被稱為“蜂窩”材質。還有一類，由多面體孔洞聚集在空間里排列構成三維結構，它們的形狀和泡沫類似，因而被稱為“泡沫”材質。近年來，很多領域充分運用“蜂窩”材料和泡沫材料的優點[2]。

基于此，該文研究并進行了蜂窩鋁及其合金板材建模[1，5]。具體方式如下。

打開三維建模設計軟件，啟動零件設計模塊。在計算機零件設計模塊里構建蜂窩夾芯層三維模型，點擊選擇草圖繪制命令，進入草圖界面進行草圖繪制。點擊“多邊形”功能，輸入六邊形參數，將該圖形中心點設置在原點位置。利用多邊形方式創建“蜂窩”時，約束外多邊形棱邊長為5 mm，內六邊形大小通過與外六邊形形成的壁厚0.5 mm 來約束生成，內外六邊形都在草圖繪制里面繪制完成時，單個“蜂窩”通過“拉伸”命令生成了，拉伸厚度錄入15.5 mm。“蜂窩“板料上不止一個“蜂窩”，有若干個“蜂窩”。

在草圖中繪制可復制幾何單元，生成實體，然后通過“陣列”生成“蜂窩”夾芯層。這里研究的“蜂窩“幾何參數：橫壁長度5 mm，斜壁長度5 mm，單個“蜂窩”壁厚度0.5 mm 和1 mm，“蜂窩”夾角30 度。構建“蜂窩”夾芯層完成之后，構建下面板，下面板長度與寬度方向材料應支撐住“蜂窩”夾芯層，厚度1 mm；構建上面板長度與寬度方向材料應覆蓋住“蜂窩”夾芯層，厚度1 mm。材料為鋁材質。將三位模型導入有限元分析工具中，構建數值模型。在前處理環節，約束板料下面板表面垂直方向的運動。于上面板表面設置載荷[6]，依據需求，選擇生成比較好的網格來進行有限元分析，蜂窩鋁合金板料有限元分析云圖，如圖1 所示。

圖1 車輛內裝產品蜂窩鋁合金板料有限元分析云圖

4 結語

由于常規石油天然氣礦石能源等開采使用日益減少。車輛能耗的有效利用也引起了大家重視，而節約材料與合理利用材料也備受關注。車輛設計過程中，結構設計也尤為重要，其與材料用量與分布密切相關。蜂窩鋁板料零部件在車輛設計制造與使用過程中十分重要，是高科技環保產品。該文研究了車輛內裝產品蜂窩鋁及其合金板項目，介紹其用途，簡述車輛內裝產品蜂窩鋁及其合金原理，構建其三維模型與數值模型，運用有限元技術分析車輛內裝蜂窩鋁及其合金板產品的應力分布，為進一步研究多孔材料提供理論支撐。