连续碳纤增强B柱加强板结构设计与铺覆仿真

针对连续纤维复合材料成型过程中在大曲率位置易导致纤维断裂、褶皱、撕裂等缺陷问题,本文基于连续纤维复合材料随模铺覆仿真方法,理论分析了铺覆起点、初始取向对铺覆效果的影响规律。以减少纤维成型缺陷为目标,开展了连续碳纤维增强复合材料B柱加强板的结构优化和铺覆优化设计,确定了面向热压成型工艺的B柱加强板几何结构和预浸料铺覆方式。通过分块铺覆优化,使0°、90°、45°、-45°的铺层不合格占比分别由45.18%、52.83%、72.21%、71.78%降至2.47%、3.45%、5.31%、4.77%,有效提高了连续碳纤维的随模铺覆性。基于优化的铺覆设计,成功试制出满足性能要求的B柱加强板。

基于Critic权重法多目标优化汽车B柱上饰板注塑成型工艺

为解决汽车B柱上饰板注塑成型过程中出现的体积收缩和翘曲变形等缺陷问题,利用Moldex3D软件,采用滑石粉改性聚丙烯材料对其注塑成型过程进行模拟。以注射时间、熔体温度、模具温度、保压压力、保压时间为变量,体积收缩率和Z方向(产品脱模方向)的翘曲变形为目标,设计16组正交实验。利用Critic权重法对二者进行权重计算,并通过计算综合评分将多目标优化转化为单目标优化;最终通过计算综合评分的极差分析得到五个工艺参数的影响大小排序为:保压压力>模具温度>充填时间>熔体温度>保压时间,最优成型工艺参数组合为充填时间为2 s、熔体温度为240℃、模具温度为30℃、保压压力为70 MPa、保压时间为8 s。将最优成型工艺参数组合进行模拟,得到该产品的体积收缩率为5.901%,Z方向翘曲变形量为1.75 mm。与初始分析结果相比,体积收缩率降低了12.2%,Z方向翘曲变形量减小了9.04%。通过实际试模验证,产品充填完全,质量良好,符合生产要求。

某微型电动车侧碰条件下的B柱轻量化研究

B柱加强板作为B柱最主要的支撑结构,在侧碰中起到关键的作用,在满足侧碰安全性能的前提下进行轻量化研究具有重要意义。根据GB 20071—2006《汽车侧面碰撞的乘员保护》试验要求,利用HyperWorks建立有限元模型,基于Crachfem失效模式进行仿真分析,依托成形性分析,对焊缝位置进行优化,对比B柱轻量化前后侵入量和侵入速度的变化情况,并通过试验验证。结果表明:侧碰过程中,侵入量最大的位置位于B柱的R+400 mm的位置,此处为人体的胸部肋骨区域。通过激光拼焊的方式把B柱加强板的材料由DP780改为DP780+B1500HS,不仅侧碰安全性能得到提高,而且实现轻量化减重13.2%。

汽车B柱疲劳寿命研究

通过仿真分析与台架试验相结合,采用载荷谱重构手段得到汽车B柱的道路载荷谱。设计了台架疲劳试验,对试验后的汽车B柱进行了探伤分析,确定了汽车B柱的服役寿命。对比了不同循环周次下汽车B柱的疲劳寿命和材料疲劳极限,分析研究了材料疲劳极限和汽车B柱疲劳寿命的相关性。结果表明,汽车在经过300000 km的行驶后B柱未出现疲劳断裂现象,其寿命与材料疲劳极限呈正相关,且相关性最大值均出现在材料106循环周次处,为汽车B柱的选材提供参考。

基于内凹三角形负泊松比微结构的汽车B柱优化设计

为满足B柱多目标性能需求,设计了内凹三角形负泊松比微结构B柱。首先,采用单胞法推导新型微结构相对密度公式;其次,对3D打印微结构样件开展准静态压缩试验,以验证有限元模型的准确性;继而,以单位体积吸能量(SEA)最大、峰值力(PCF)和相对密度最小为目标,采用遗传算法(GA)获得最优微元胞结构参数。基于此,以质量最小为目标对B柱进行厚度优化,通过3种工况分析可得:相较于无夹芯碳纤维B柱,新型B柱后向弯曲位移降低5.28%;相较于无夹芯碳纤维B柱与碳纤维B柱,新型B柱侧向弯曲位移分别降低42.28%和48.05%,三点弯曲最大接触力分别提升80.08%和12.63%,三点弯曲位移分别降低0.02%和2.14%。

材料应变率模型对汽车B柱侧面碰撞影响分析

B柱侧碰过程是短时高速的材料吸能过程,材料的性能与静态时差异较大,因此采用静态性能参数进行B柱侧面碰撞仿真分析结果误差较大。针对B柱常用的相变诱发塑性钢(TRIP钢)进行不同应变速率下的力学拉伸试验,提取主要的性能参数,获取参数随应变速率的变化规律;对比材料的力学性能和成形性的变化趋势;基于Johnson-Cook简化模型,获取材料的应变速率敏感因素和应变率相关的材料本构模型,作为碰撞仿真分析的材料输入;与实际测试对标,建立B柱侧碰分析的仿真模型,将传统静态数据外延获取的本构模型与应变速率相关的本构模型作为输入,对比两种材料模型分析结果的差异,并与试验测试结果进行对比分析。结果可知:TRIP690的强度和断后延伸率受应变速率影响较大;基于修正Hollomon方程,材料的瞬时加工硬化基本不受应变速率变化的影响;基于Johnson-Cook模型,获取材料的应变速率敏感性参数为0.00805,数值偏低,表现出此种材料对应变速率变化敏感性比较差;材料应变速率相关本构模型可有效提升B柱侧碰分析结果的准确性,与试验结果的分析误差控制在3%以内;而采用静态特性参数外延的分析结果误差则超过9%。研究内容和结果为此类研究提供参考。

The automobile steel of the third generation in B-pillar reinforced panel

The fundamental research and industry trials of the third generation automobile steel QP980 were introduced in this paper,including chemical ingredient,mechanical properties,microstructure,forming limit and basic performance parameters.The application of QP steel of the B-pillar was researched,and the QP980,DP600 and hot forming steel were compared in the aspect of formability,safety and cost.The results showed that the QP980 replacing DP600 steel single piece can reduce the weight by 2.4 kg.The security and performance is basically the same as that of hot forming steel using 22MnB5,and the cost is reduced by 30%.

B柱扰流器对风振噪声的影响及其机理

汽车风振噪声是衡量其舒适性的重要指标之一。本文首先用道路试验验证了风振流场仿真方法的有效性。接着解释了风振噪声是由周期性脱落的湍流涡与车内空腔共振导致的,并提出了风振噪声的降噪策略。随后探究B柱扰流器对风振噪声的影响及其机理,发现减小自由剪切层偏离B柱外表面的最大距离可以减小湍流涡的强度,进而减小风振噪声。所设计的扰流器最大降噪效果可达12.8 dB。最后用试验验证了B柱扰流器方案的有效性。该研究结论对于进一步理解和控制风振噪声具有一定理论意义和工程应用价值。

基于激光拼焊技术车身B柱轻量化设计分析

B柱是侧面碰撞的关键承载结构件,对整车安全性具有重要影响。基于B柱可制造性工艺分析模型,对B柱进行成形工艺分析;在保证成形工艺的前提下,对B柱进行激光拼焊设计;对拼焊的材料和厚度进行分析;在此基础上,对激光拼焊的焊缝位置进行设计;基于整车侧碰安全性分析模型,对获得的拼焊设计方案进行碰撞安全性分析,对比优化设计前后的侵入量和侵入速度;依靠激光拼焊方案量产车型,对激光拼焊B柱的轻量化效果和安全性进行分析,并对设计过程的可靠性进行验证。结果可知:B柱零件的上部选用DP780,下部采用DP590,且上下的板厚差不超过0.6mm,可以满足激光拼焊成形要求,焊缝的位置距离B柱低端370mm时,减薄率最低为21.1%;激光拼焊设计与原设计安全性基本保持一致,各测点指标的误差小于3%;原设计方案B柱的总量为21.3kg,而激光拼焊方案B柱的总量为17.5kg,轻量化减重达到21.7%;激光拼焊方案实测结果满足碰撞要求,侵入量最大值为137.8mm,侵入速度的最大值为4.33mm,均小于最大限值;仿真分析和实测各个测点的结果保持基本一致,侵入量的最大误差为5%,而侵入速度的最大误差为5.4%,表明模型仿真分析结果的可靠性,为此类设计提供参考。

考虑侧面碰撞分析电动车身B柱轻量化设计

B柱是车身发生侧面碰撞时,起到保护乘员的重要作用,在满足侧碰安全性的前提下,开展轻量化设计具有重要意义。根据侧碰安全性要求和人车相对位置情况,建立侧面碰撞仿真分析模型,选取B柱侧面5个重要位置点的侵入量和侵入速度,并对侧围局部总成的侵入量进行分析;在分析的基础上,采用等强度公式对材料进行优化设计,采用激光拼焊进行工艺优化设计;依托于成形性分析,对焊缝位置进行优化设计;对比侧碰工况下,优化前后B柱的安全性,以检验设计的可靠性;应用实车对设计方案进行验证。结果可知:车身侧围局部总成在侧碰发生过程中,最大变形的位置为B柱的D2位置,即人体的腰部位置,材料优化和结构设计时需要重点予以关注;采用激光拼焊设计,材料组合为上部DP780+下部DP590,上部的厚度为1.5mm,焊缝距底部380mm,满足安全性的前提下,实现轻量化减重24.4%;在侧面碰撞中,侧围局部总成侵入量由243.6mm减小至221.3mm,减小了10.1%,侵入量和侵入速度均有减小,碰撞安全性较原设计得到提升;实车测试结果显示设计方案是可靠的,侵入量和侵入速度最大值误差控制在5%以内;分析方法和结果为此类设计提供参考。

钢-CFRP异质复合B柱的弯曲实验分析

目的为提高B柱的抗弯性能,通常会在B柱上额外焊接补丁板,但同时也增加了B柱的重量。在原始B柱上铺设碳纤维增强复合材料(CFRP),获得钢-CFRP异质复合B柱,取消B柱的钢制加强板,实现B柱的轻量化。方法通过热冲压制备原始B柱及带补丁板B柱,并以原始B柱为凹模,采用真空袋压工艺制备钢-CFRP异质复合B柱。基于2018版C-NCAP侧面碰撞实验要求,设计B柱三点弯曲夹具,进行原始B柱、带补丁板B柱及钢-CFRP异质复合B柱的三点弯曲实验,并对其重量及弯曲性能进行分析。结果原始B柱重量4.1kg,三点弯曲实验测得其刚度为0.763k N/mm,最大载荷为21.59k N,平均力为14.52 kN;带补丁板B柱质量为5.6 kg,三点弯曲实验测得其刚度为1.095 kN/mm,最大载荷为31.08 kN,平均力为18.38 kN;钢-CFRP异质复合B柱总质量4.7 kg,三点弯曲试验测得其刚度为1.071 kN/mm,最大载荷为31.76 kN,平均力为19.58 kN。结论在保持刚度、最大载荷及平均力等弯曲力学性能不变的前提下,相对于带补丁板B柱,钢-CFRP异质复合B柱可以减轻质量0.9 kg,并且吸能更优,实现了B柱的轻量化。

无框车门玻璃与B柱盖板的匹配方法

车门主要有三种形式,整体式、分体式和无框式。当选型无框式车门时,车门玻璃与B柱盖板的匹配效果是侧脸的重点,但此位置尺寸链关联因子较多,故匹配存在难点。本文对DTS展开说明,通过一款整车的实践总结出如何达成小且均匀的间隙面差,并制定了问题排查路径用于量产阶段。

基于侧碰多工况的汽车B柱结构设计

文章旨在对汽车B柱结构多维度优化设计,应对实际道路中侧面碰撞工况复杂、发生概率高和风险大的问题。通过解读国内现行被动安全侧面碰撞相关法规标准,归纳各工况要求及特点,总结各侧面碰撞B柱设计要点,提出B柱变形模式设计思路。结合某运动型多用途汽车(SUV)车型实际开发案例,综合考虑所有侧面工况要求设计B柱兼容性,提出经济有效的设计方案并分析验证全面有效。该设计方案可为后续车型B柱结构设计开发提供参考。

汽车B柱内板热冲压成形工艺优化的模拟分析

针对某品牌汽车B柱内板的成形工艺问题,研究了零件22MnB5高强度钢的热冲压成形参数对成形质量的影响,以最大减薄率、最大增厚率和最大回弹量为评价目标,通过正交实验和极差分析,获得零件热冲压成形的最优工艺参数,并完成最优工艺参数的成形仿真和回弹分析,仿真结果表明零件的厚度分布均匀,零件最大减薄率为10.1%,最大增厚率为7.1%,零件的回弹量小,最大回弹量为0.714 mm,该零件成形质量符合设计要求,表明了该零件热冲压成形优化方案的可行性。

侧围外板B柱上方成形问题解决方法

针对侧围外板B柱上方的成形缺陷,通过分区域进行应变路径分析,使用线长法控制材料流入量以达到成形状态的平衡,并利用加强B柱上横梁筋和门洞两侧加凸包的方法,对制件结构进行适当优化,解决了制件缺陷问题。

轿车B柱的优化及对侧面碰撞安全性的影响

应用计算机仿真技术对国产某小型轿车的侧面碰撞吸能部件B柱进行了碰撞仿真,并对其进行了有限元结构优化计算分析与研究。由改进前后的整车侧面碰撞仿真计算结果对比表明,部件的碰撞仿真设计是确保设计车辆具有良好碰撞性能的一种重要的方法和手段,应用有限元法进行结构优化设计是一种有效的方法。

轿车B柱耐撞性与轻量化优化设计研究

为了在提高轿车侧面碰撞中B柱耐撞性能的同时减小B柱的质量以实现车身轻量化,对某车侧面碰撞的安全性能进行了有限元分析。针对在侧面碰撞中B柱腰线处侵入量和侵入速度过大、B柱结构中加强板数目较多及超重等问题,采用拼焊板结构对B柱外板进行了改进设计。在兼顾耐撞性与轻量化的前提下,使用正交试验设计和多目标遗传算法对拼焊焊缝的位置以及各部分的厚度进行优化。通过优化设计,改善了B柱在侧面碰撞中的变形模式。B柱最大侵入量减小了10%,腰线处侵入量和侵入速度分别减小了18%和12%,质量减小了18%。结果表明,在B柱上使用拼焊板结构并进行优化设计能够有效地平衡耐撞性和轻量化的要求。

基于抗撞性的汽车B柱碳纤维加强板优化设计

考虑到碳纤维增强聚合物基复合材料的特点,本文中将某乘用车B柱原钢材加强板用碳纤维材料替代,并进行优化。首先在整车侧面碰撞有限元模型的基础上进行B柱子结构模型的解耦,利用子结构动态模型进行了B柱加强板的材料替换和性能计算,确定了初始纤维板铺层和厚度;为充分发挥复合材料可设计性的优势,采用面向复合材料的结构优化方法进行了纤维复合材料的铺层厚度、角度和铺层顺序优化。对比原车结构,在抗撞性不变的前提下,碳纤维B柱加强板取得显著的轻量化效果。

侧面碰撞中B柱侵入速度及变形模式对乘员损伤影响的研究

运用概念设计方法,通过参照实车和仿真中侧围部件的一般侵入速度曲线和B柱的变形模式,提取了对B柱特定部位进行加载的三条简化的侵入速度曲线,并建立了B柱/假人的简化计算模型.研究改变B柱指定部位的侵入速度曲线,并以MADYMO软件为工具计算得到了27组假人的损伤值以及B柱的变形模式.研究结果表明:减小B柱整体侵入速度、合理分配B柱各部位的侵入速度以及使B柱产生较好的变形模式,能够有效地降低侧面碰撞中假人的损伤风险.

碳纤维复合材料汽车B柱加强板的优化与性能分析

通过建立B柱总成的有限元仿真模型,在等刚度原则下,对碳纤维复合材料B柱加强版进行自由尺寸优化、尺寸优化、铺层角度优化设计,并对B柱总成进行三点弯曲有限元仿真,获取优化后模型的最大位移及最大强度.通过真空导入成型工艺制作B柱加强板样件,并对碳纤维复合材料B柱总成进行三点弯曲试验,校核总成的强度指标.最后基于2018版C-NCAP标准分析整车侧面碰撞性能.通过对比刚度、弯曲性能、侧面碰撞侵入量、侧面碰撞侵入速度、侧面碰撞加速度,优化设计后的碳纤维复合材料B柱加强板可在保证刚度、强度及侧面碰撞性能的前提下替代原钢制B柱加强板,并使B柱加强板减重1.376 kg,减重比达到76.4%.