基于數值方法的不同鋁合金保險杠系統性能分析

性能分析與控制

基于數值方法的不同鋁合金保險杠系統性能分析

汽車保有量的增加，使得交通安全、能源枯竭、溫室效應和有害氣體排放等問題變得越來越嚴重。因此，降低汽車燃油消耗、減少排放和提高安全性成為了當前汽車行業需要解決的問題，而汽車輕量化是解決這些問題的一項有效措施。研究將兩種鋁合金材料應用在汽車保險杠系統中，以實現汽車輕量化。同時，利用數值方法將鋁合金保險杠系統的碰撞能量吸收性能與傳統保險杠系統的能量吸收性能進行對比，以驗證鋁合金保險杠系統的安全性。

對鋁合金保險杠系統的性能進行分析前，選擇了3種不同的材料，分別是AA6061鋁合金、AA7005鋁合金和DP800高強度合金鋼。分析時，利用LS-DYNA有限元軟件建立3種不同材料的保險杠系統模型。由于保險杠系統中吸收能量的主要部件為保險杠橫梁和吸能盒，因而建立的有限元模型只包含保險杠橫梁和吸能盒兩個部件。對建立的有限元模型進行網格劃分時，將保險杠橫梁劃分為39302個4節點殼單元，吸能盒則劃分為20110個4節點殼單元。對建立的保險杠系統有限元模型進行了碰撞能量吸收仿真。采用LSDYNA中的移動剛性墻進行碰撞仿真，碰撞質量和碰撞速度均按照聯邦汽車安全標準FMVSS208，碰撞質量設定為1600kg，碰撞速度分別設定為2.2m/s、5m/s和15m/s。仿真結果顯示：①按FMVSS208標準進行的碰撞仿真中，碰撞開始時保險杠橫梁吸收的能量急劇上升，之后逐漸減少，而吸能盒在碰撞開始時吸收的能量較少，之后急劇上升；②AA6061鋁合金的吸收能量和質量比為1.57kJ/kg、AA7005鋁合金為2.02kJ/kg、DP800高強度合金鋼為1.07kJ/kg；③與AA6061鋁合金和DP800高強度合金鋼保險杠系統相比，AA7005鋁合金保險杠系統表現出優異的能量吸收性能。

Simhachalam Bade et al. SAE 2016-01-1351.

編譯：李臣