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铝合金在汽车前防撞梁轻量化中的应用

| 2020-06-23

汽车前防撞梁一般隐藏在前保险杠里面以及车门内部,在较大冲击力作用下,弹性材料已经不能缓冲能量,真正起到保护车内乘员的作用,它是车身被动安全系统的一部分,防撞梁其实并不是让车子“防撞”,它的主要作用是传力。简单概括,防撞梁的作用是:低速碰撞能减少维修成本,高速碰撞有助于提高保护性,尤其在复杂真实的环境碰撞中。

一、汽车前防撞梁市场应用情况调查

汽车前防撞梁作为汽车的安全部件,通常采用金属材质,如高强度钢材和铝合金等。它一般由防撞横梁、吸能盒、吸能盒加强件及连接板组成。图1 示出汽车前防撞梁安装位置。图2 示出汽车前防撞梁实物图。

图1 汽车前防撞梁安装位置

图2 汽车前防撞梁实物图

通过市场调查,共统计65 款车型前防撞梁材料应用情况,自主品牌19 款车型,其中2 款车型应用铝合金防撞梁;合资品牌46 款车型,有10 款车型应用铝合金防撞梁。前防撞梁应用情况统计,如表1 所示。

表1 汽车前防撞梁应用情况统计表

调查结果显示:合资品牌铝合金防撞梁应用比例高于国内自主品牌2 倍多,行业内铝合金防撞梁应用是发展趋势。铝合金防撞梁平均质量4.5 kg,钢制防撞梁平均质量6.6 kg,差值约32%,可见铝合金防撞梁轻量化优势明显。部分铝合金前防撞梁应用车型,如表2所示。

表2 部分铝合金汽车前防撞梁应用车型

二、汽车前防撞梁碰撞仿真对比分析

通过HyperMesh 软件建立前防撞梁碰撞模型,模型建好后导入LS- DYNA 软件进行防撞梁性能仿真分析。工况选择防撞梁正面碰撞,防撞梁材料选用6061 系铝合金,碰撞质量设置为1 700 kg,选用速度为36 km/h,计算时间设置为30 ms。

图3示出高强钢汽车前防撞梁碰撞分析图。图3b显示高强钢汽车前防撞梁碰撞总能量约85 kJ,其中48.2 kJ 被吸收转化为内能,约56.7%的能量被吸收。

图3 高强钢汽车前防撞梁碰撞分析图

图4显示铝合金汽车前防撞梁碰撞总能量约85 kJ,其中58.3 kJ 被吸收转化为内能,约68.6%的能量被吸收。

图4 铝合金汽车前防撞梁碰撞分析图

比吸能即系统单位质量的吸能量,比吸能反映了不同材料和结构的吸能能力。在基于轻量化的结构设计中,希望结构件比吸能值越大越好[1]。图5 显示在30 ms 时铝合金防撞梁比吸能为11.3 kJ/kg,钢防撞梁比吸能为5.2 kJ/kg。铝合金防撞梁的比吸能是钢防撞梁比吸能的2 倍多。

图5 比吸能对比图

3、结论

在汽车产品制造中,逐步加大铝合金材料的应用比例是汽车轻量化的必然趋势,开发铝合金防撞梁是实现汽车轻量化主要途径之一,铝合金防撞梁经过设计验证后必将取代钢制防撞梁。

1)根据仿真分析结果,正面碰撞铝合金防撞梁吸收能量优于钢制防撞梁,满足设计使用要求。

2)铝合金相比钢材料有着密度小的优势,用铝合金结构代替传统钢结构,可使前防撞梁质量减轻30%~50%,轻量化效果显著[2]。

3)通过对比合资车企与自主车企铝合金防撞梁应用情况,可发现采用铝合金防撞梁是汽车轻量化未来趋势。

4)对比防撞梁比吸能分析结果显示,铝合金防撞梁吸能能力明显优于钢防撞梁,有助于提高整车安全性。

文章标签: 轻量化

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