電動汽車沖擊衰減器的數字化設計

電動汽車沖擊衰減器的數字化設計

由于采用了結構優化方法，先進的加工技術以及創新型材料的應用，汽車的輕量化設計成為關鍵技術。復合材料在汽車部件中得到了廣泛應用，如玻璃纖維增強塑料（GFRP）應用在汽車頂部、底盤、車體外板、車架配件、電池檢修門和座椅系統，與金屬材料相比，車身質量減輕了40%～60%，提升了汽車性能。最近，經過多次數值和試驗研究，CFRP正取代傳統汽車材料組件而應用于汽車抗碰撞領域。

相對于一般乘用車車身前部結構，電動汽車的前部抗沖擊破壞設計可以借鑒方程式賽車。因為一般乘用車的發動機位于車身前部，保險杠以及薄壁梁起到緩沖和維持車身結構的作用。而電動汽車與方程式賽車相似，能源動力裝置位于后部，因此前部可以采用革新式設計。

提出了一種車身前部采用類似方墩柱沖擊衰減器的幾何結構（圖1），以分析電動汽車的碰撞能量吸收能力。為了獲得較高抗沖擊性的輕量化結構，將應用金屬和復合材料的沖擊衰減器結構進行了對比。首先，將應用金屬材質和復合材質的方墩柱結構進行數學近似模擬，對總體加載和軸向平均加載沖擊進行評估，之后進行適應性檢測，并對應用于電動汽車前部的能夠吸收固定沖擊能量的沖擊減振器結構參數配置進行了可行性分析。

為了設計薄壁方墩形結構的特定沖擊衰減器，建立了一個記錄碰撞過程能量損耗的理論模型。對金屬材料和復合結構材料的碰撞吸收性能進行了數值分析，并將試驗數據與模型的數據進行了對比。簡化模型及建模過程分析結果表明，復合材料應用于電動汽車沖擊衰減器的設計，其相對于金屬材料更能滿足安全需求。

刊名：Composite

Structures（英）

刊期：2014年第115期

作者：Simonetta Boria et al

編譯：李天齊