魏文華　劉亭亭

摘 要：研究了表面帶有針織布包覆的A柱上內(nèi)飾板以及不帶針織布包覆的A柱上內(nèi)飾板配備有側(cè)氣簾的結(jié)構(gòu)設(shè)計，建立了A柱內(nèi)飾板CAE力學(xué)仿真模型，驗證了在側(cè)氣簾爆破時A柱上內(nèi)飾板受力破損情況，并提出改進建議，為A柱內(nèi)飾板結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論分析依據(jù)。

關(guān)鍵詞：A柱內(nèi)飾板;氣簾;二級卡扣;CAE;仿真

1 前言

隨著汽車安全[1]法規(guī)要求的不斷提高，保護駕駛員和成員頭部側(cè)面碰撞的側(cè)氣簾[2]設(shè)計愈來愈普遍，側(cè)氣簾布置在車身上邊梁和頂棚立柱之間[3]，然而側(cè)氣簾爆破時A柱上內(nèi)飾板的破裂飛濺時有發(fā)生造成對車內(nèi)人員的傷害[4]，各大主機廠在整車開發(fā)時期車輛側(cè)面碰撞或偏置碰撞試驗中，氣簾爆破A柱上內(nèi)飾板破裂飛濺整改周期及費用都較大，需要做多輪整改碰撞驗證。為降低A柱上內(nèi)飾板爆破飛濺風(fēng)險，本文研究A柱上內(nèi)飾板與頂棚的配合關(guān)系設(shè)計要求、二級卡扣的設(shè)計要求以及A柱上內(nèi)飾板結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后建立A柱上內(nèi)飾板氣簾爆破力學(xué)模型，通過CAE仿真分析氣簾爆破時，A柱上內(nèi)飾板板卡扣座受力后二級卡扣能否正常打開以及A柱上內(nèi)飾板本體破損情況并提出改進建議。

2 A柱上內(nèi)飾板系統(tǒng)設(shè)計

2.1 A柱上內(nèi)飾板與頂棚的配合要求

A柱上內(nèi)飾板壓接頂棚要求盡量大，一般要求大于15mm，以便頂棚給A柱上內(nèi)飾板盡量多的保護，側(cè)氣簾爆破時，氣簾拉帶[5]力作用在頂棚上而不直接切割A(yù)柱上內(nèi)飾板，通過頂棚傳遞A柱上內(nèi)飾板開啟力。

2.2 A柱上內(nèi)飾板設(shè)計方案探討

2.2.1 表面帶包覆的A柱上內(nèi)飾板

對于表面帶針織布包覆的A柱上內(nèi)飾板側(cè)氣簾爆破，A柱上內(nèi)飾板注塑本體與針織布通常采用低壓注塑工藝成型，便于滿足環(huán)保要求。A柱上內(nèi)飾板本體材料選擇ABS，強度高，收縮率小，尺寸穩(wěn)定，適用于中高檔車型，若選擇用PP材料做A柱上內(nèi)飾板本體，則成本較低。ABS、PP材料優(yōu)缺點對比見表1。

A柱上內(nèi)飾板本體采用減弱槽設(shè)計，長度大于拉帶在A柱內(nèi)飾板內(nèi)的長度。當(dāng)側(cè)氣簾發(fā)生爆破時，氣簾拉帶給A柱內(nèi)飾板一個側(cè)面向下切向力，由于減弱槽在該處的弱化，A柱內(nèi)飾板沿減弱槽形變打開（由于表面覆蓋有針織布，A柱內(nèi)飾板本體在減弱槽處開裂粘連在針織布上而不脫落），拉帶從A柱內(nèi)飾板與側(cè)圍上鈑金之間拉出，實現(xiàn)側(cè)氣簾展開的功能。

2.2.2 表面無包覆的A柱上內(nèi)飾板

對于不帶針織布包覆的A柱上內(nèi)飾板側(cè)氣簾爆破若用減弱槽的設(shè)計，氣簾爆破時，A柱上內(nèi)飾板在減弱槽處破裂飛濺的風(fēng)險非常大，因此本文研究采用二級卡扣設(shè)計。

（1）A柱上內(nèi)飾板二級卡扣設(shè)計要求

二級卡扣即可以實現(xiàn)A柱上內(nèi)飾板與車身的安裝固定功能，同時當(dāng)受到氣簾拉帶（或氣簾）的外力作用下，一級卡接可以打開，A柱上內(nèi)飾板張開一定距離，最后通過二級卡接將A柱上內(nèi)飾板與鈑金拉住保證A柱上內(nèi)飾板不脫落，氣簾拉帶從A柱上內(nèi)飾板與前門框密封條處拉出實現(xiàn)側(cè)氣簾側(cè)面展開保護人體頭部免受傷害的作用。二級卡扣拉帶長度設(shè)計一般60mm，一級卡接打開力要求150N，如果一級卡扣打開力小，A柱上內(nèi)飾板一級卡扣存在卡接不牢易松出的風(fēng)險，若打開力太大，A柱上內(nèi)飾板在側(cè)氣簾爆破時不易打開，受力面容易被氣簾拉帶割破產(chǎn)生飛濺。第二級卡接一端與A柱上內(nèi)飾板固定，另一端與側(cè)圍鈑金固定，卡接力要求均大于300N，保證二級卡接在側(cè)氣簾爆破時不脫出鈑金或A柱內(nèi)飾板，二級卡扣及裝配固定結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（2）A柱上內(nèi)飾板結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于側(cè)氣簾拉帶布置在A柱上內(nèi)飾板內(nèi)部，氣簾爆破時側(cè)氣簾拉帶對A柱內(nèi)飾板爆破力分解為Y向力FY和Z向力FZ，F(xiàn)Y與A柱上內(nèi)飾板安裝方向一致，使A柱上內(nèi)飾板一級卡接可打開，F(xiàn)Z對A柱上內(nèi)飾板剪切作用，該力的作用面存在易破損飛濺的風(fēng)險。

因此，初步構(gòu)想在二級卡扣座與拉帶之間設(shè)計內(nèi)飾板加強座，模具通過滑塊抽芯實現(xiàn)，防止A柱上內(nèi)飾板由于拉帶的作用力而產(chǎn)生破裂。A柱上內(nèi)飾板結(jié)構(gòu)設(shè)計及受力分析如圖2所示。

3 A柱上內(nèi)飾板CAE仿真驗證

3.1 A柱內(nèi)飾板材料特性表2（選用某PP材料）

3.2 A柱上內(nèi)飾板仿真模型

仿真模型[6]建立力學(xué)條件：設(shè)定側(cè)氣簾拉帶爆破力400N，作用力方向平行與XZ平面，均勻分布作用在A柱上內(nèi)飾板加強座受力面上，建立力學(xué)模型要求如圖3所示。

仿真結(jié)果1：

最大拉伸變形發(fā)生在A柱上內(nèi)飾板加強座與二級卡扣座連接處，變形強度為44.3MP，如圖4所示。

A柱上內(nèi)飾板二級卡扣座Y向受力為68.8N，仿真結(jié)果如圖5所示。

結(jié)論：A柱內(nèi)飾板卡扣座Y向力FY等于二級卡扣一級卡接力，即一級卡接打開力68.8N，小于150N，A柱內(nèi)飾板一級卡扣不能打開，而且卡扣座受力后拉伸變形44.3MP大于材料允許拉伸變形20MP，A柱內(nèi)飾板將產(chǎn)生爆破破裂。

解決方案：在加強卡扣座與二級卡扣安裝座之間增加導(dǎo)向斜筋設(shè)計，增大爆破力Y向分力FY便于二級卡扣正常打開，并且便于氣簾拉帶沿著導(dǎo)向加強筋滑出A柱上內(nèi)飾板，如圖6所示。

力學(xué)模型建立：為驗證A柱內(nèi)飾板的正常彈開，設(shè)定氣簾拉帶爆破力800N，作用力方向平行于XZ平面，均勻作用在導(dǎo)向加強斜筋上。

仿真結(jié)果2：

A柱內(nèi)飾板上二級卡扣Y向受力175N，如圖7所示。

加強座與二級卡扣座連接處最大拉伸變形35MP，如圖8所示。

結(jié)論2：仿真結(jié)果二級卡扣Y向作用力175N大于一級卡接力150N，二級卡扣可以正常打開，A柱上內(nèi)飾板最大變形在二級卡扣與導(dǎo)向加強斜筋交接處，該處設(shè)計數(shù)據(jù)以R10圓角處理，但軟件劃分網(wǎng)格存在2mm誤差，該理論相切處產(chǎn)生了網(wǎng)格突變，造成應(yīng)力集中，仿真失真較大，因此該處拉手強度超標(biāo)不做考察，仿真分析滿足爆破設(shè)計要求。

4 結(jié)束語

本文重點研究了設(shè)計有二級卡扣結(jié)構(gòu)形式A柱內(nèi)飾板爆破受力，通過假設(shè)側(cè)氣簾爆破時氣簾拉帶作用在A柱上內(nèi)飾板上的不同作用力大小，分析A柱內(nèi)飾板二級卡扣在側(cè)氣簾拉帶作用力下能否正常開啟以及塑料件拉伸變形與材料許用最大變形比較分析破裂情況，該方法可用于指導(dǎo)A柱上內(nèi)飾板設(shè)計時結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

參考文獻：

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