專題

微型車的耐撞性和輕量化設(shè)計(jì)

為了降低微型車在碰撞過程中乘員的減速度，設(shè)計(jì)了能夠吸收動(dòng)能的內(nèi)部薄壁構(gòu)件和保證乘員安全的框架兩種方案。通過數(shù)值模擬和試驗(yàn)分析，對不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇，提高了微型車的道路安全性。

首先，將負(fù)荷盡可能均勻地分布在車體上，在不增加太多質(zhì)量的前提下對原始的管狀底盤框架進(jìn)行優(yōu)化，以提高車體剛度。所采用的管狀底盤結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

圖1 管狀底盤結(jié)構(gòu)框架

其次，對鋁和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）進(jìn)行試驗(yàn)測試，以獲得兩種材料的力學(xué)性能。試樣件和沖擊衰減器所使用的CFRP是平紋預(yù)浸料GG200，鋁材料是6082型。

最后，對不同厚度/直徑比的薄壁圓柱形管建模，并進(jìn)行有限元分析，通過兩種不同但互補(bǔ)的策略選擇最優(yōu)的解決方案，以改善輕量化車輛的耐撞性。第1種策略對管狀底盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以便在沖擊的情況下保證最小存活單元，并且避免較大的局部變形。第2種策略主要對不同形狀和材料制成的沖擊衰減器進(jìn)行建模，以便在比吸能方面選擇最佳解決方案。

表1 管狀底盤結(jié)構(gòu)框架數(shù)值模擬結(jié)果

表2 鋁管和CFRP管的比吸能和真實(shí)形變

表3 碰撞盒沖擊衰減器數(shù)值模擬結(jié)果

從表1可以看出，在對管狀底盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，方案4明顯提高了車輛的性能，并且還可保證車輛的前部和后部之間的結(jié)構(gòu)連續(xù)性。

從表2可以看出，相同條件下，CFRP管的比吸能比鋁制管比吸能大，性能也比鋁制管好。

從表3可以看出，方案6在形變和比吸能方面最好；對于材料來說，CFRP在減速度和比吸能方面優(yōu)于鋁。

刊名：International Journal of Automotive Composites（英）

刊期：2015年第4期

作者：Simonetta Boria et al

編譯：徐濤