复合材料在汽车防撞梁上的应用研究进展

为促进复合材料在汽车构件中的应用,以汽车保险杠防撞梁为例,对复合材料防撞梁的材料、结构设计以及保险杠内部零件连接的研究进展进行综述。简述了碳纤维、玻璃纤维以及天然纤维等复合材料在汽车防撞梁上的研究进展,介绍了不同结构复合材料防撞梁对于耐撞性能的影响,分析了保险杠内部零件不同连接方式的优缺点。最后提出了汽车复合材料防撞梁的未来发展方向,应注重新型复合材料的开发、防撞梁结构的优化设计以及新型连接方式的研究。

基于MATLAB矢量化物质点法的车身防撞梁碰撞分析

基于MATLAB矢量化的物质点法(material point method,MPM)框架,分析车身前防撞梁的碰撞冲击问题。MPM在每一迭代步将物理参数在物质点和背景网格间相互映射,使用MATLAB矢量化框架可以使用户在快速入门的同时保证求解效率,其应力更新采用车身结构材料的弹塑性本构模型。前防撞梁碰撞冲击数值算例结果表明,MPM可以保证求解精度,同时矢量化技术可以大幅提高求解效率。

碳纤维复合材料车门防撞梁多尺度高效变形模拟及实验验证

以碳纤维复合材料车门防撞梁为例,开发了一种面向工程零部件的多尺度高效变形模拟技术,建立了自洽聚类分析方法及多尺度渐进损伤本构模型,通过多尺度单元与唯象单元混合建模,有效降低了模型的求解成本,通过将有限的计算资源分配在恰当的位置,结果表明计算资源的利用效率得到显著提升,实现了工程零部件损伤行为的高效预测,实际计算时间缩短至原来的1/4。对三点弯状态下复合材料防撞梁的宏微观渐进损伤过程进行了分析。基于真空袋成形工艺进行了防撞梁样件试制以及三点弯破坏实验,验证了仿真结果的准确性。

防撞梁结构设计与碰撞性能研究

目的研究汽车防撞梁材料选择和结构设计对汽车安全性的影响。方法通过对汽车防撞梁的概念及特性进行总结归纳,并比对不同材料和不同结构的防撞梁对其安全性的影响,并通过仿真模拟探究不同材料下的碰撞性能。结果结构最优情况下,增强竹纤维复合材料防撞梁在其碰撞测试过程中表现出位移较低且修复性能较强等特性。结论该结果表明了增强竹纤维复合材料具有较好的保护性能,增强竹纤维复合材料相较于其他传统材料而言具有可降解的优异特性和良好的可回收性,为现代汽车设计提供了良好的参考建议,有利于汽车工业的良性发展,也有助于进一步提升整车的安全性能。

新能源汽车前防撞梁结构优化仿真与耐撞性提升研究

对某款新能源汽车前防撞梁进行50 km/h车速正面碰撞仿真试验,确定前防撞梁的结构薄弱点,发现前防撞梁产生较严重的变形,吸能特性差,且未最大程度地发挥吸能盒的作用,吸能盒压缩距离超过与后方安全部件之间的最小距离,造成后方部件不同程度的损伤。为提高新能源汽车安全性,对前防撞梁进行结构优化,提高其耐撞性能。研究表明:结构优化完成后前防撞梁的碰撞力峰值降低了12.52%,比吸能提高了17.76%,吸能量提高了12.85%,同时质量降低了4.17%。这为新能源汽车前防撞梁的耐撞性及轻量化研究提供了一种新的视角。

开口防撞梁辊弧后端头收张口研究

针对开口防撞梁辊弧后端头收张口问题,采用仿真和实验方法进行了研究。选取3种典型开口防撞梁进行分析,通过分析截形角度和匹配角度对收张口的影响得出辊弧后收张口的变化规律;通过对断面应力分析得出辊弧后收张口的原因并提出了改善措施;通过分析反弯措施对收张口的影响,得出了布局角度对收张口的影响规律,并通过实验进行了验证;通过4种反挤压变形方案对收张口进行了分析,并经方案改进后得出最优工况。结果表明:起弧轮布局角度一定时,截形角度越大,立筋刚度越小,收张口差值随截形角度的增大而减小;辊弧后产生收张口现象是由辊弧时工件内部产生的剪应力造成的,剪应力是由起弧轮高度差引起的;调整起弧轮布局角度形成反弯可消除部分内应力,减小收张口差值;反挤压变形可减小收张口差值,采用5个整形轮时结构最优;内推轮内推2 mm时辊弧后防撞梁一致性较好,但同时带来法兰边翘曲的不良影响。

热塑性复合材料防撞梁模压成型工艺研究

通过对某型号不锈钢防撞梁结构进行热塑性碳纤维/聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料铺层和受力分析,利用热压罐成型工艺制备热塑性复合材料层合板,最后采用机械臂自动化转移和热模压成型工艺,研究了CF/PPS料片加热软化制备防撞梁零件的可行性。另外,对热塑性复合材料防撞梁零件进行了测试,结果表明:热塑性复合材料防撞梁外观质量良好,无明显缺陷以及纤维紊乱等现象;平均厚度为2.867 mm;单件防撞梁零件平均质量为462.4 g,比原来不锈钢零件质量减轻约51.3%;孔隙率平均值为1.20%;热塑性复合材料防撞梁零件耐环境性能良好;三点弯力学性能试验与仿真结果偏差为4%;热塑性复合材料防撞梁产品生产效率为10件/h。

人工时效制度及停放时间对防撞梁用7003铝合金性能的影响

通过对7003铝合金型材进行不同温度、不同时间的加热时效,最终得到最适宜的人工时效制度,即105℃×8 h+145℃×12 h。通过对比不同停放时间下的7003铝合金型材力学性能检测结果,可以知道在铝型材挤压完成后需尽快转序进行深加工,以降低加工难度,避免产生拉弯开裂、橘皮等缺陷。

低速碰撞下防撞梁的冲击响应分析

低速碰撞工况下防撞梁冲击响应的分析对于改善汽车防撞梁的安全性能具有重要意义。文章以某款汽车防撞梁为研究对象,对其开展了落锤试验,从碰撞力、侵入量以及吸能特性等几个方面对试验结果进行分析。结果发现该防撞梁至少吸收了六成的能量,且未发生断裂,能够起到较好的吸能作用。此外,还总结了性能参数之间的影响规律,即侵入量增加,碰撞力增加,能量增加;侵入量减小,碰撞力减小,能量减小,为后期防撞梁系统的设计与改进提供一定的数据指导。

微合金化超高强热成形车门防撞梁性能验证

将某新开发的微合金化1.8 GPa热成形钢牌号与传统钢牌号进行了从材料到零件级的安全性能测评。结果表明:相比于普通钢种,微合金化1.8 GPa热成形钢基于组织细化、第二相析出、残余奥氏体三大关键因素,具有更加明显的安全性优势。建立了2种材料的动态断裂模型,微合金钢在相同应力状态下具有更高的极限断裂应变,显示了更强的断裂抗力。对2种1.8 GPa热成形及1.5 GPa高强钢车门防撞梁进行了落锤冲击试验,微合金钢1.8 GPa热成形车门防撞梁有更加优异的抗碰撞侵入及碰撞吸能性能。

B2000HS+AS防撞梁热冲压仿真分析及试验研究

以B2000HS+AS材料为研究对象,建立了热冲压仿真材料卡片和防撞梁热冲压有限元模型,对B2000HS+AS防撞梁成形过程进行仿真分析并获得其厚度分布,然后以1.5 mm厚的B2000HS+AS钢板进行防撞梁热冲压工艺试验,并检测热冲压件上不同位置的厚度和力学性能。对比试验与仿真分析结果,验证了B2000HS+AS热冲压仿真材料卡片和防撞梁热冲压有限元模型的准确性,为B2000HS+AS防撞梁热冲压工艺设计及模具开发提供了可靠依据。

纤维增强复合材料汽车前防撞梁的设计与分析

为减轻车身重量,以某新能源车型前防撞梁为研究对象,分别采用单向碳纤维增强树脂基复合(Continuous Fiber Reinforced Polymeric,CFRP)材料和机织碳-玻混杂纤维增强树脂基复合(Carbon-Glass Fiber Reinforced Polymeric,C-GFRP)材料代替原铝合金(6082-T6)材料。基于三点静压工况,确定“凹”字形结构为新设计复合材料前防撞梁的截面形状。基于熵权TOPSIS法对C-GFRP复合材料前防撞梁进行多目标优化,结合正面低速碰撞仿真对比,确定了2种复合材料前防撞梁的最优铺层厚度和铺层角度,通过碰撞比吸能、最大侵入量和碰撞支反力峰值等性能参数对比,分析了2种复合材料前防撞梁各自的优势。

基于博弈论的一体化防撞梁多目标优化设计

为提高一体化集成设计防撞梁的碰撞安全性,将防撞梁耐撞性和轻量化的多目标优化模型转变为博弈模型并形成映射关系,以比吸能和质量作为博弈双方进行博弈,通过引入博弈距离和博弈力矩进行策略归属构建,并结合博弈效用函数将模型仿真转化为数值优化,通过对博弈效用函数进行纳什均衡分析得到最优解。结果表明,相比于初始设计,博弈设计的一体化防撞梁质量减轻了26.47%,比吸能增加了22.18%,所提出的算法相比于传统优化算法具有更好的稳定性和优化效果。

基于多目标优化的电动汽车车门防撞梁通用化开发

为解决电动汽车开发中防撞梁尺寸、材料、质量、性能都不一致的情况,实现其通用化开发,提高车门总成的设计开发效率和性能集成水平,以电动汽车车门防撞梁通用化开发为例,采用试验设计、虚拟仿真和多目标优化方法,对车门防撞梁参数进行多目标优化。结果表明:优化后的电动汽车车门防撞梁满足耐撞性和轻量化要求,同时提高了通用化水平,为车身部件通用化开发提供了有效的参考。

一体化铝型材前防撞梁系统碰撞分析

为取消前防撞梁系统横梁与吸能盒之间的连接工序,对某轿车的前防撞梁系统进行了一体化结构设计,用一根型材折弯、机加成一个将横梁与吸能盒一体化的零部件。利用有限元分析软件分别对传统铝制防撞梁系统以及一体化铝型材防撞梁系统进行基于RCAR的低速碰撞仿真分析和基于C-NCAP的高速碰撞仿真分析,得到了两种结构形式的吸能特性。一体化铝型材防撞梁系统在很多方面优于传统铝制防撞梁系统。

新材料与新工艺在保险杠防撞梁中的应用与发展趋势

轻量化是未来汽车发展的趋势之一,保险杠防撞梁系统承担着汽车碰撞时能量传递与吸收的重要角色,一直是轻量化技术应用的重点。分析了近年来新材料与新工艺在保险杠防撞梁开发中的应用现状,得出多形态混合材料是未来保险杠防撞梁在材料轻量化应用中的发展趋势,而与新材料相对应的新工艺也会向多样化发展。最后指出,中低端车型的保险杠防撞梁由低成本的高强钢为主,而铝合金比重逐渐增大,超高强钢3D热辊弯防撞梁将逐步推广应用。

铝合金保险杠防撞梁结构优化设计

对某乘用车钢制保险杠防撞梁进行三点静压试验和仿真分析,得到评价该防撞梁强度和吸能性能的关键参数。为实现轻量化要求,以钢制防撞梁的性能参数为基准,采用材料替换和结构优化方法设计新的铝合金防撞梁。运用optistruct对铝合金防撞梁的截面进行拓扑优化,确定防撞梁的最优截面形状为'日'字形结构。将'日'字形防撞梁各个板件的厚度和通过Hypermorph建立的截面形状改变作为设计变量,通过Hyperstudy和LS-DYNA联合仿真进行形状和尺寸优化,经过13步迭代计算结果收敛,得到各设计变量的最优值。根据优化结果试制铝合金防撞梁样件,对铝合金保险杠防撞梁进行相同的三点静压试验并与钢制的试验结果作对比分析,结果显示铝合金防撞梁减重效果达到38.4%,且静压支反力峰值提高了11.1%,比吸能变为钢制的1.9倍,可见铝合金防撞梁性能优异。

汽车超高强钢防撞梁热成形试验

以汽车用超高强度钢22MnB5为研究对象,采用直接热成形工艺和间接热成形工艺进行汽车防撞梁成形试验。采用金相显微镜、显微硬度仪和万能拉伸试验机等分析测试手段对成形件的组织、力学性能进行了分析。探讨了直接、间接热成形工艺对成形组织及力学性能的影响。结果表明,成形件的微观组织为理想的板条状马氏体,抗拉强度达到1500MPa以上,硬度在450HV以上,完全满足生产要求,实际生产中可以根据情况选择合适的成形工艺。

铝合金汽车前防撞梁焊接过程的数值仿真与顺序优化

基于非线性弹塑性有限元方法,对6061-T6铝合金薄壁结构的汽车前防撞梁双脉冲MIG焊接过程温度场和应力应变场进行模拟分析。为提高模拟精度,采用双椭球热源模型描述移动的MIG焊接热源,并运用生死单元技术模拟焊丝的填充过程。结果表明,防撞梁焊后残余应力主要集中在吸能盒和横梁的焊缝附近,其最大值为273MPa,焊接变形主要表现为横梁两端吸能盒间距增加约2.05mm。通过4种不同焊接顺序下防撞梁焊后残余应力分布和变形的对比分析,发现先依次焊接两个吸能盒沿防撞梁长度方向的焊缝,再焊接另一反向其余焊缝的焊接顺序效果最优,该方案在满足装配要求的情况下可有效降低残余应力。

复合材料前防撞梁变截面多工况多目标优化设计

本文中综合考虑汽车低速碰撞中的角度和对中两种碰撞工况,结合碳纤维/环氧树脂材料的特点,提出了一种变截面复合材料前防撞梁设计方法。首先,通过低速碰撞两种工况中前防撞梁的仿真计算发现,在等厚度的情况下,为满足侵入量的条件,对中碰撞时所要求的厚度远远大于角度碰撞时的要求,因此,根据对中碰撞时前防撞梁的受力和约束条件,为其提出了中间厚两端薄,即变截面的设计方案。然后,以最小化吸能盒截面力和前防撞梁质量为目标,许用侵入量为约束,两种截面厚度和加厚区域长度为设计变量,基于采集的试验点构建吸能盒截面力和前防撞梁质量的Kriging代理模型,利用NSGA-Ⅱ算法对其进行多目标优化。最终的结果表明,在满足性能要求的基础上变截面设计使复合材料前防撞梁的质量分布更为合理,在不增加质量的条件下,角度和对中两种低速碰撞工况中耐撞性能都得到提高。