電動汽車沖擊衰減器的數(shù)字化設(shè)計

由于采用了結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，先進的加工技術(shù)以及創(chuàng)新型材料的應(yīng)用，汽車的輕量化設(shè)計成為關(guān)鍵技術(shù)。復(fù)合材料在汽車部件中得到了廣泛應(yīng)用，如玻璃纖維增強塑料（GFRP）應(yīng)用在汽車頂部、底盤、車體外板、車架配件、電池檢修門和座椅系統(tǒng)，與金屬材料相比，車身質(zhì)量減輕了40%～60%，提升了汽車性能。最近，經(jīng)過多次數(shù)值和試驗研究，CFRP正取代傳統(tǒng)汽車材料組件而應(yīng)用于汽車抗碰撞領(lǐng)域。

相對于一般乘用車車身前部結(jié)構(gòu)，電動汽車的前部抗沖擊破壞設(shè)計可以借鑒方程式賽車。因為一般乘用車的發(fā)動機位于車身前部，保險杠以及薄壁梁起到緩沖和維持車身結(jié)構(gòu)的作用。而電動汽車與方程式賽車相似，能源動力裝置位于后部，因此前部可以采用革新式設(shè)計。

提出了一種車身前部采用類似方墩柱沖擊衰減器的幾何結(jié)構(gòu)（圖1），以分析電動汽車的碰撞能量吸收能力。為了獲得較高抗沖擊性的輕量化結(jié)構(gòu)，將應(yīng)用金屬和復(fù)合材料的沖擊衰減器結(jié)構(gòu)進行了對比。首先，將應(yīng)用金屬材質(zhì)和復(fù)合材質(zhì)的方墩柱結(jié)構(gòu)進行數(shù)學(xué)近似模擬，對總體加載和軸向平均加載沖擊進行評估，之后進行適應(yīng)性檢測，并對應(yīng)用于電動汽車前部的能夠吸收固定沖擊能量的沖擊減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)配置進行了可行性分析。

為了設(shè)計薄壁方墩形結(jié)構(gòu)的特定沖擊衰減器，建立了一個記錄碰撞過程能量損耗的理論模型。對金屬材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的碰撞吸收性能進行了數(shù)值分析，并將試驗數(shù)據(jù)與模型的數(shù)據(jù)進行了對比。簡化模型及建模過程分析結(jié)果表明，復(fù)合材料應(yīng)用于電動汽車沖擊衰減器的設(shè)計，其相對于金屬材料更能滿足安全需求。

刊名：Composite

Structures（英）

刊期：2014年第115期

作者：Simonetta Boria et al

編譯：李天齊