闞洪貴，唐程光，魯后國(guó)，李鐵柱

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

熱沖壓成形B柱碰撞性能研究

闞洪貴，唐程光，魯后國(guó)，李鐵柱

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

隨著人們對(duì)汽車安全性能要求的不斷提高，熱沖壓鋼因具備超高強(qiáng)度，在車身的應(yīng)用越來越廣泛。B柱是車身上重要的安全結(jié)構(gòu)件。在整車側(cè)面碰撞中，B柱的耐碰撞性能對(duì)整車側(cè)面碰撞性能具有重要影響。文章對(duì)熱沖壓和冷沖壓高強(qiáng)鋼B柱零件的耐碰撞性能進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明，利用熱成形B柱零件可以有效的減少側(cè)碰的侵入量。

熱成形；B柱；側(cè)面碰撞；性能研究

CLC NO.:U461.91 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-127-03

前言

隨著全球能源匱乏和環(huán)境污染的不斷加重，車身輕量化和節(jié)能減排已成為汽車發(fā)展的主要方向。而采用先進(jìn)高強(qiáng)鋼板是保證汽車安全前提下實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的有效途徑，然而使用先進(jìn)高強(qiáng)鋼存在回彈和不易成形等缺點(diǎn)[1,2,3]。熱成形鋼的使用可以有效的克服上述困難，因此，在汽車制造中獲得了廣泛應(yīng)用。

車輛交通事故中轎車側(cè)面碰撞是非常危險(xiǎn)的一種碰撞形式。由于沒有足夠的緩沖吸能區(qū)間，側(cè)面碰撞相比正面碰撞更容易引起嚴(yán)重的人員傷亡。頭部損傷和胸部損傷是車輛側(cè)面碰撞中常見的損傷類型，并且是造成重傷和死亡的主要原因[4]。

B柱作為車身重重要的安全結(jié)構(gòu)件，在整車側(cè)面碰撞中，B柱的耐碰撞性能對(duì)整車側(cè)面碰撞性能具有重要影響。文章采用試驗(yàn)測(cè)試評(píng)價(jià)方法，結(jié)合仿真分析手段，對(duì)熱沖壓成形和冷沖壓高強(qiáng)鋼B柱零件的耐碰撞性能進(jìn)行了對(duì)比研究。

1、實(shí)驗(yàn)材料與方案

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

方案一為試驗(yàn)材料為1.2mm厚22MnB5冷軋板，方案二材料為1.8mm厚HC420LA冷軋板，其零件力學(xué)性能分別如下表1和下表2所示。

表1 熱成形后零件力學(xué)性能

表2 冷沖壓高強(qiáng)鋼零件力學(xué)性能

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

建立B柱側(cè)面碰撞有限元仿真分析模型，并進(jìn)行碰撞仿真分析，如圖1所示。碰撞臺(tái)車采用整車側(cè)面碰撞用臺(tái)車模型，質(zhì)量為950Kg。在整車側(cè)面碰撞過程中，B柱遭受撞擊區(qū)域最大變形量約在80mm～100mm之間，根據(jù)仿真分析中不同碰撞速度下的B柱變形程度，確定移動(dòng)臺(tái)車碰撞速度為14km/h。進(jìn)行設(shè)計(jì)工裝的強(qiáng)度校核，如圖2，碰撞過程中工裝未發(fā)生明顯塑性變形，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 B柱側(cè)面碰撞有限元仿真模型

圖2 B柱側(cè)面碰撞工裝強(qiáng)度校核

B柱側(cè)面碰撞試驗(yàn)方案如圖3所示。B柱通過工裝固定在剛性墻上，采用整車側(cè)面碰撞標(biāo)準(zhǔn)壁障臺(tái)車撞擊B柱，碰撞瞬間移動(dòng)臺(tái)車速度為14Km/h±0.5Km/h。B柱固定狀態(tài)為實(shí)際整車裝車狀態(tài)，并根據(jù)R點(diǎn)參數(shù)確定B柱在剛性墻上的相對(duì)安裝位置，如圖4所示。

圖3 B柱側(cè)面碰撞試驗(yàn)工況

圖4 B柱安裝固定

在B柱對(duì)應(yīng)假人頭部、胸部、腹部和骨盆位置，分別各布置一個(gè)傳感器，用于輸出該點(diǎn)位置的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如圖5所示。在B柱左前方布置一個(gè)高速攝像，記錄碰撞過程中B柱的變形過程，如圖6所示。實(shí)驗(yàn)測(cè)量項(xiàng)目如表3所示。

表3 B柱零部件碰撞試驗(yàn)測(cè)量項(xiàng)目

圖5 B柱側(cè)面碰撞傳感器位置

圖6 B柱側(cè)面碰撞傳感器位置

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 B柱變形狀態(tài)分析

實(shí)驗(yàn)中B柱變形模式均為上端的侵入變形較小、中下端撞擊位置的侵入變形較大，且由于B柱下端的反彈，最終整體的變形程度較小（見圖7）。

圖7 側(cè)碰B柱形態(tài)

2.2 B柱侵入量分析

根據(jù)加速度傳感器數(shù)據(jù)，換算出B柱上對(duì)應(yīng)假人頭部、胸部、腹部和骨盆位置的侵入量，如圖8所示。

通過試驗(yàn)對(duì)比，熱沖壓成形B柱在頭部、胸部、腹部、骨盆部位的侵入量均低于冷沖壓高強(qiáng)鋼B柱。尤其是在側(cè)面碰撞過程中最為重要的假人胸部的侵入量，熱沖壓成形B柱的入侵量為77.1mm，冷沖壓高強(qiáng)鋼B柱的入侵量為95.5mm，入侵量減少了21.4mm，碰撞性能提升達(dá)22%。

圖8 B柱上對(duì)應(yīng)假人各位置侵入量隨時(shí)間變化曲線

3、結(jié)論

從對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：熱沖壓成形B柱在側(cè)面碰撞過程中的各部位入侵量均低于傳統(tǒng)冷沖壓高強(qiáng)鋼B柱。說明熱成形零部件的使用可以有效的防止側(cè)碰對(duì)乘員造成的傷害。

[1] M.Naderi,M.Ketabchi, M. Abbasi, W. Bleck, J. Mater. Process, Technol, 211(2011)1117-1125.

[2] M. Eriksson,M. Oldenburg. Testing and evaluation of material data for analysis of forming and hardening of boron steel components, Modelling Simulation of Material Science Engineering. 10(2002) 227-294.

[3] M. Merklein, J. Lecher. Investigation of the thermo-mechanical properties of hot stamping steels. Journal of Materials Processing Technology. 177(2006)452-455.

[4] 張斌,轎車側(cè)碰撞安全性及乘員損傷防護(hù)技術(shù)研究[D], 湖南大學(xué),2010.

Impact Performance Analysis of the Hot Press Forming B Pillar

Kan Honggui, Tang Chengguang, Lu Houguo, Li Tiezhu
( Anhui Jianghuai Automotive GCo. Ltd, Hefei 230601 )

Hot press forming steel used more and more extensively in the car body for its ultra-high strength and the increased safety requirements. B pillar is one of the important safety parts on the car body. The performance of B pillar is highly influenced the side impact performance. Hot press forming B pillar can reduce the instrument in the side impact comparing to the cold press forming.

Hot Press Forming; the B Pillar; Side Impact; Performance Analysis

U461.91

A

1671-7988 (2017)08-127-03

闞洪貴 (1983-)，男，山東臨沂人，工程師，主要研究方向：汽車車身設(shè)計(jì)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.043