六角彈簧管汽車碰撞吸能裝置的效能研究

摘 要：根據(jù)六角彈簧管汽車碰撞吸能裝置的結構與工作原理，采用SolidWorks，Hypermesh和LS-DYNA仿真軟件，建立吸能裝置的有限元分析模型.應用所建立的有限元模型，分析了當配重塊質量為1.5 t，時速為50 km/h，汽車正面碰撞時吸能裝置的效能.仿真結果表明，六角彈簧管汽車碰撞吸能裝置具有很好的保護效果，汽車縱梁侵入量小（252.9 mm）、碰撞能量的吸收比高（52.09%）、汽車X方向加速度峰值低（58.8 g），驗證了該吸能裝置能有效地保護汽車和車內(nèi)乘員的安全.

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關鍵詞：防撞性；車架；碰撞；彈簧管；吸能裝置；有限元

中圖分類號：U463.99 文獻標識碼：A

Research on the Performances of Hexagonal Spring Tube 

Energy-absorbing Device for Car Crash

MENG Zhi-qiang1，HE Tao2，3， YIN Wang-wu4， JIANG He-ping2，CHEN Ying2

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(1.College of Electrical and Information Engineering，Hunan Univ，Changsha，Hunan 410082，China;

2. Hunan Liangcai Automobile Safety Science Technology Co， Ltd， Changsha，Hunan 410010， China;

3.College of Mechanical and Electrical Engineering，Wuhan Univ of Technology，Wuhan， Hubei 430070，China;

4.College of Automotive and Mechanical，Changsha Univ of Technology，Changsha， Hunan 410000，China)

Abstract: Based on the structure and working principle of a hexagonal spring tube energy-absorbing device for car crash， this paper utilized the SolidWorks， Hypermesh and LS-DYNA to establish a finite element model for the device， and analyzed the performances of the device， under a frontal crash condition whose weight is 1.5 tons and speed is 50 km/h. Simulation results have shown that the energy-absorbing device have very good performances. For example， a smaller invasive amount for car stringer(252.9 mm)， a higher crashing energy absorption ratio(52.09%) and a lower maximum X-direction acceleration for car(58.8 g).The above indices show that the device can protect the vehicle and the people in the vehicle.

Key words:crashworthiness; frame; crash; spring tube; energy-absorbing device; finite element model

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車碰撞安全性問題越來越突出 ［1］.目前，提高汽車安全性的技術主要有車前保險杠、安全帶和安全氣囊等.近幾年，還提出了在汽車碰撞時能夠緩沖碰撞過程、吸收碰撞能量以及減少碰撞損失的汽車碰撞保護裝置 ［1-3］.

本文基于Hypermesh及LS-DYNA軟件平臺，建立六角彈簧管汽車碰撞吸能裝置（以下簡稱吸能裝置）［3］的有限元分析模型，對配重塊質量1.5 t，時速50 km/h的正面碰撞進行分析，研究吸能裝置對汽車縱梁侵入量、裝置吸能比、汽車X方向加速度峰值3大性能參數(shù)的影響，即研究該吸能裝置的效能.

1 吸能裝置組成及工作原理 

吸能裝置結構如圖1所示，它包括左右兩組疊加的六角彈簧管1，內(nèi)嵌于1中的工字型彈簧鋼7，U型架2，連接汽車前保險杠4的搭子3，汽車前橫梁5，汽車縱梁6.

1—六角彈簧管，2—U型架，3—連接搭子，4—汽車前

保險杠，5—汽車前橫梁，6—汽車縱梁，7—工字鋼

不帶任何吸能裝置的裸車加速度峰值出現(xiàn)在車架前縱梁撞上剛性墻的時刻，達到117.5 g；彈簧螺栓式碰撞消能保護裝置的汽車加速度峰值稍低，為86.4 g；吸能裝置的汽車加速度峰值最小，為58.8 g.

6 結 論

本文使用SolidWorks，Hypermesh和LS-DYNA聯(lián)合建模求解方法，建立了六角彈簧管汽車碰撞吸能裝置的有限元模型，對碰撞變形——汽車縱梁最大侵入量、加速度和保護器吸能特性進行研究分析.仿真結果表明，吸能裝置具有很好的效能，汽車縱梁侵入量小（252.9 mm）、裝置的吸能比高（52.09%）、汽車X方向加速度峰值低（58.8 g），能有效保護汽車和人員安全，具有極大的實用價值.

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