汽車鋁質(zhì)防撞梁的輕量化設(shè)計及分析

康永澤

戴卡優(yōu)艾希杰渤鋁汽車零部件有限公司 河北秦皇島 066000

近年來在經(jīng)濟快速化發(fā)展和科學(xué)技術(shù)不斷進步的新市場經(jīng)濟常態(tài)下，借助“結(jié)構(gòu)優(yōu)化”方式，以“滿足當(dāng)下汽車鋁質(zhì)防撞梁零部件性能要求”為目的開展研究作業(yè)，是目前推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重中之重。

1 汽車鋁質(zhì)防撞梁碰撞仿真基礎(chǔ)理論剖析

1.1 碰撞動力學(xué)理論

“碰撞過程”其本質(zhì)上來講，就是一個動態(tài)的大位移和大變形，在進行汽車鋁質(zhì)防撞梁輕量化設(shè)計過程中，為確保設(shè)計的合理化和科學(xué)性，設(shè)計者在研究“大變形”時需借助“仿真軟件LS-DYNA”，利用更新拉格朗日增量算法進行系統(tǒng)化研究。

1.2 汽車碰撞動力學(xué)剖析

在當(dāng)前汽車制造企業(yè)規(guī)模化建設(shè)過程中，安全事故近年來發(fā)生率在逐年增加，在危及人們生命財產(chǎn)安全的同時，也不利于社會穩(wěn)定性發(fā)展。就目前來看，工業(yè)化建設(shè)進程的不斷推進，汽車制造業(yè)的行業(yè)市場競爭壓力也在不斷增加，為進一步提高行業(yè)市場競爭力，在汽車鋁質(zhì)防撞梁的輕量化設(shè)計時，制造業(yè)設(shè)計者還需借助“仿真軟件LS-DYNA”，利用顯示中心差分法進行系統(tǒng)化研究[1]。

1.3 剛度模態(tài)理論

在防撞梁安全性研究中，目前來看其研究工作主要包括如下幾方面，即——質(zhì)量輕便化、低速碰撞時能保護好前后端易損部件、高速碰撞時前端能吸收碰撞能量來減弱乘員艙侵入量以及保障人員生命財產(chǎn)安全。對大量材質(zhì)進行系統(tǒng)化研究可了解到，相比其它材料鋁合金材料的使用不僅滿足了上述要求，與此同時也是目前汽車實現(xiàn)“輕量化”制造目標(biāo)的最為理想型結(jié)構(gòu)材料。在具體化應(yīng)用過程中，為保證應(yīng)用的合理化和科學(xué)性，工作人員需對其進行模態(tài)分析，具體來講就是對于實際連續(xù)的非線性物理結(jié)構(gòu)，工作人員可離散為一個N自由度的線彈性系統(tǒng)，之后再根據(jù)“達朗貝爾原理”對其運動過程進行系統(tǒng)化模擬剖析。

2 汽車鋁質(zhì)防撞梁的有限模型建立及其性能剖析

2.1 模型建立

汽車行駛過程中，倘若發(fā)生了碰撞，一般來講防碰撞梁的作用主要是用以吸收碰撞能量來保障人員的生命財產(chǎn)安全，因此為從根本上保障剖析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和科學(xué)化，在防撞梁輕量化設(shè)計時，設(shè)計者還需根據(jù)汽車前防撞橫梁實際尺寸建立相應(yīng)的模型，以便于為后期作業(yè)的順利化開展提供科學(xué)依據(jù)[2]。在對防撞梁進行輕量化模式構(gòu)建過程中，為保證構(gòu)建的精準(zhǔn)化，工作人員需合理化運用Hyper-work、Nastran和Ls－dyna軟件，通過模擬相關(guān)數(shù)據(jù)，計算出相應(yīng)的性能指標(biāo)，以此來進行模型的構(gòu)建。

2.2 材料靜態(tài)性能與高速拉伸性能

在防撞梁輕量化設(shè)計過程中，材料靜態(tài)性能與高速拉伸性能作為設(shè)計重點，為確保制作目標(biāo)的達成，工作人員需通過采取“對照實驗”，就相關(guān)數(shù)據(jù)進行記錄、統(tǒng)籌和剖析，由此為后續(xù)設(shè)計工作的順利化展開打下堅實基礎(chǔ)。從某方面來講，HC550/980DP的雙相鋼是傳統(tǒng)汽車制造業(yè)采用的主要橫梁制作材料，吸能盒也大多采用的是HC340/590DP材料，這種材料雖然具有一定的強度，但卻存在能耗量大以及安全性低的劣勢，為此在多元化市場競爭環(huán)境下，為進一步提高行業(yè)市場競爭力，輕量化設(shè)計工作的展開現(xiàn)已迫在眉睫，為此在汽車橫梁制造過程中，用強度高、塑性好的6082-T6鋁合金材料替換HC550/980DP的雙相鋼，并采用具有一定吸能效果的6063-T6鋁合金材料作為吸能盒，是目前行業(yè)轉(zhuǎn)型升級做出的重要戰(zhàn)略改革。

3 汽車鋁質(zhì)防撞梁輕量化工況問題的數(shù)據(jù)剖析

3.1 防撞梁模態(tài)分析

作為現(xiàn)階段一種常用的防撞梁制作材料，鋁合金防撞梁相比雙相鋼防撞梁，在自由模態(tài)工況下，前者無論是一階彎曲模態(tài)亦或是一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)都強于后者，且鋁合金防撞梁的一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)更是高于雙相鋼防撞梁約百分之四十五；在約束模態(tài)工況下，鋁合金防撞梁的左右彎曲、上下擺臂彎曲、前后彎曲以及上下扭轉(zhuǎn)都強于雙相鋼防撞梁。總體來講，通過對比鋁合金防撞梁和雙相鋼防撞梁的自由模態(tài)、約束模態(tài)可知，在同等工況下，鋁合金防撞梁的總成頻率明顯高于雙相鋼防撞梁，在保障人員生命財產(chǎn)方面發(fā)揮了顯著優(yōu)勢[3]。

3.2 防撞梁剛度分析

通過上述分析可知，汽車制造業(yè)的規(guī)模化建設(shè)雖然推動了區(qū)域經(jīng)濟的進一步發(fā)展，便捷了人們的日常生產(chǎn)生活，但與此同時安全、能源問題的頻發(fā)也給國家可持續(xù)發(fā)展造成了十分不利的影響。為此近年來在行業(yè)轉(zhuǎn)型和升級過程中，“輕量化”成為了行業(yè)科研和發(fā)展的主要方向。但就目前來講，汽車鋁質(zhì)防撞梁輕量化設(shè)計工作的開展，必須基于“汽車滿足剛度要求”的基礎(chǔ)上，即對材料剛度值進行系統(tǒng)綜合性評價，也是目前工作人員工況數(shù)據(jù)分析的重要內(nèi)容。在對不同材質(zhì)防撞梁剛度進行分析時，為保證分析數(shù)據(jù)的科學(xué)性和合理化，工作人員需分別在X方向、Y方向、Z方向加載10N、100N、100N的力，根據(jù)數(shù)據(jù)測量可知，Z方向鋁合金防撞梁和雙相鋼防撞梁的剛度持平，但X方向、Y方向卻存在明顯差異，具體來講X方向鋁合金防撞梁剛度明顯高于雙相鋼防撞梁，但在Y方向鋁合金防撞梁剛度卻又明顯低于雙相鋼防撞梁，但由于影響產(chǎn)品性能的主要是X方向，因此兩者相比鋁合金防撞梁具有明顯優(yōu)勢。

4 結(jié)語

言而總之，作為汽車被動安全性能的重要零部件，防撞梁輕量化設(shè)計工作的規(guī)范化展開，在降低能源損耗、減少污染物排放以及提升汽車行駛安全性等方面發(fā)揮了重要性作用，是目前行業(yè)轉(zhuǎn)型和升級做出的重要戰(zhàn)略改革。為此近年來在經(jīng)濟快速化發(fā)展和科學(xué)技術(shù)不斷進步的新市場經(jīng)濟常態(tài)下，借助“結(jié)構(gòu)優(yōu)化”方式，以“滿足當(dāng)下汽車鋁質(zhì)防撞梁零部件性能要求”為目的開展研究作業(yè)，是目前推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重中之重。