基于改款车型的前保横梁设计研究

当代社会大家对于汽车安全越来越重视,关于汽车的安全碰撞性能,也成为顾客购车时的重要参考依据。前保横梁为涉及整车安全的部件,在设计时要确保低速碰撞时,能充分吸收碰撞能量,保证前端各电器元件及主要零部件的功能正常。因此,文章总结低速碰撞的要求及特点,归纳前保横梁的设计关键要素。结合某车型开发案例,对前保横梁进行轻量化及安全的优化设计,也为后续车型的前保横梁设计提供参考。

基于多工况的乘用车前防撞梁总成轻量化设计

对影响整车正面碰撞性能的重要部件前防撞梁总成中的前防撞横梁和吸能盒,进行轻量化设计。根据前防撞梁总成在整车碰撞中的变形过程、吸能特点以及各部件之间的截面力传递关系,将防撞梁总成从整车碰撞工况下解耦,建立了防撞梁总成独立评价条件;并基于独立评价条件,通过改变结构截面形状与材料,对前防撞梁总成进行轻量化设计,将轻量化方案与整车集成通过Ls-Dyna进行碰撞仿真与性能对比。结果表明:该轻量化方案使碰撞波形、侵入量与平均结构力得到优化,轻量化效果达到30%;因而,该前防撞梁总成轻量化设计方案是可行性的。

优化集成系统平台的建立及其应用研究

通过隐式参数化软件SFE CONCEPT进行参数化建模,利用多学科设计优化软件iSIGHT集成SFE CONCEPT、求解器LS-DYNA和数据处理器Matlab,建立优化集成系统平台,以实现产品开发过程优化的快速、自动化.以新开发车型前保险杠横梁为例,在保证碰撞安全性的前提下针对保险杠横梁的轻量化问题,对横梁空间形状、截面高度、宽度以及厚度进行优化.以质量最小为优化目标,碰撞压缩量与车体加速度峰值为约束条件,采用最优拉丁超立方试验设计和模拟退火算法,通过优化集成系统平台对模型进行40%偏置、刚性墙、刚性柱三类低速碰撞仿真分析,得到了满意的效果.

钢铝双帽型保险杠横梁多目标优化

为了保证保险杠横梁优良的碰撞性能,并使其质量更小和结构简单,研究了一种钢铝双帽型保险杠横梁。使用LS-DYNA软件对保险杠横梁进行摆锤正面冲击数值模拟,经对比发现,钢铝双材横梁相比相同结构单一材料的横梁在正面碰撞中显示出良好的平衡性和碰撞性能;使用控制变量法研究发现,横梁前后帽的厚度和法兰的位置对其碰撞性能有显著影响;以最优拉丁超立方算法建立38组设计点,基于Kriging算法构建近似模型,并使用NSGA-II算法,以碰撞性能最优、质量最小为目标对横梁进行多目标优化。优化后钢铝双帽型保险杠横梁碰撞性能更优、质量更小,其总吸能为838.28 J,载荷峰值为18.31 kN,质量为2.08 kg,侵入量为24.78 mm,碰撞时间为0.10 s。

影响汽车纵梁前段变形模式的因素

在汽车前部40%偏置碰设计中,要求纵梁不能更改的前提下,希望纵梁前段由折弯变形改进为压溃变形.通过竞品车研究和CAE仿真,确定除纵梁本身的设计外,能较大影响纵梁前段变形模式的因素为前保横梁的强度、纵梁与吸能盒间安装板的强度,以及纵梁与安装板间的连接方式等.进一步的仿真分析发现,适当加强这些部位有利于纵梁的稳定压溃变形,并提升前端结构的能量吸收.

基于响应面法的汽车前防撞梁轻量化分析

将原来的汽车前防撞横梁材料替换成超高强度钢后,在确保低速碰撞性能基础上,利用响应面法进行轻量化分析.建立前防撞梁有限元模型,用LS-DYNA进行低速碰撞仿真.在此基础上以横梁和吸能盒的厚度作为变量进行试验设计.构建各项碰撞性能的2阶多项式响应面模型,并验证模型的有效性.以质量和吸能作为优化目标,建立多目标优化模型.与原设计相比,求出的优化方案在保证低速碰撞性能的基础上实现前防撞梁减重36%.

参数驱动的新能源汽车吸能盒结构优化设计

对影响车辆低速碰撞性能的重要部件前防撞梁吸能盒进行参数化结构优化设计。根据车辆结构不同区域在碰撞过程中性能要求的不同,结合前防撞梁在低速碰撞过程中的变形和吸能特性,将防撞梁总成从整车低速碰工况下进行解耦简化,用于创建参数化优化模型。对吸能盒板件厚度、吸能诱导缺口位置进行参数化建模进而进行吸能盒结构优化设计。最终通过对比简化模型与整车碰撞模型的结果验证简化模型结果的可靠性。结果表明:通过对吸能盒进行参数化结构优化后,最大峰值碰撞力降低23.0%,SEA提升20.2%,轻量化效果达14.6%。该方法可以有效地指导吸能盒结构设计开发。

铝合金前防撞梁偏置可变形壁障碰撞性能优化

某纯电SUV在软模(ET)试验阶段进行偏置可变形壁障(ODB)碰撞试验时,其铝合金前防撞梁出现了横梁断裂以及右侧非碰撞区吸能盒与横梁焊缝撕开的不良表现。采用故障树分析方法(FTA)从产品设计和制造两方面分析了问题原因,根据确定的失效原因对前防撞总成进行了材料升级、结构设计以及生产工艺的优化,并开展了碰撞仿真分析验证。优化后的前防撞梁总成在硬模(PT)阶段的ODB碰撞试验中呈现了较好的变形模式。

乘用车前保横梁总成的布置设计

阐述了乘用车前保横梁总成布置设计的要点,论述了实现其功能及符合法规要求的设计方法。该方法能够有效地指导前保横梁总成的布置,提高效率,降低设计开发成本。

薄壁结构棱边强化效果

基于方管理想化折叠单元模型、塑性挤压过程能量耗散分解法与棱边强化薄壁方管在轴向静态压溃作用下的能量平衡修正方程,分别导出了棱边强化薄壁方管的平均压溃力、吸能预测与棱边强化效果的理论表达式。建立了系列棱边强化薄壁方管准静态轴向压溃有限元模型,导入LS-DYNA程序进行弹塑性动力学仿真,获得了平均压溃力,分析了棱边应力强化的敏感性。将棱边强化技术应用于某车前保横梁和吸能盒相应棱边强度设计中,采用超高应力强化棱边和普通延性钢板组合去置换较高强度钢薄壁结构,在冲击试验验证过的有限元模型基础上,建立了棱边强化前保险杠子结构独立评价有限元模型,分别进行了棱边强化模型和原始模型的50km·h^(-1)正碰仿真试验。仿真结果表明:导出的平均压溃力公式可以预测棱边与平板屈服强度比为1~4的棱边强化薄壁方管轴向压溃力学特性,仿真结果与理论结果的最大偏差不超过5.66%;由前保险杠子结构正碰仿真结果得到了棱边强化前后近似的塑性变形模式与传力路径,能量吸收差值不超过0.3kJ。可见,选择性棱边应力强化后的普通延性钢前保险杠子结构有望实现等效置换较高强度钢前保险杠子结构。

汽车前保险杠防撞梁拉深成形过程仿真分析

针对汽车前保险杠防撞梁在拉深成形过程中可能存在的起皱、拉裂等缺陷,采用Dynaform软件对其成形过程进行有限元仿真分析。根据仿真结果对防撞梁零件的成形极限、成形厚度变化和应力应变状态进行研究,并将仿真分析结果与实际成形零件进行对比,特别对零件变形较大部位的厚度变化进行详细分析对比,可以看出模拟结果与实际变形基本保持一致,研究表明,采用仿真分析可以避免防撞梁在拉深成形中的起皱和拉裂缺陷,提高产品质量,极大地降低生产成本,缩短模具制造周期。