新能源汽車全塑結(jié)構(gòu)在防撞安全性提高中的應(yīng)用

伍小明

摘 要：當(dāng)下我國(guó)持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出使得不可再生材料的使用開(kāi)始減少，一些機(jī)械制造行業(yè)開(kāi)展尋求新的能源替代產(chǎn)品。在汽車行業(yè)，新能源汽車?yán)砟畹奶岢鍪菍?duì)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的積極響應(yīng)，其中新能源汽車的全塑結(jié)構(gòu)是其結(jié)構(gòu)亮點(diǎn)，這種全塑結(jié)構(gòu)抗腐蝕、耐熱等性能都優(yōu)于傳統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)，為了應(yīng)對(duì)當(dāng)下頻繁的交通事故，文章對(duì)新能源汽車全塑結(jié)構(gòu)在防撞安全性提高中的應(yīng)用進(jìn)行分析，旨在為進(jìn)一步優(yōu)化新能源汽車全塑結(jié)構(gòu)提供有力參考。

關(guān)鍵詞：工程塑料;逆向工程;三維模型;新能源汽車

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.014

1 對(duì)新能源汽車進(jìn)行三維建模

1.1 三維建模之前的處理

三維建模之前采用逆向工程（RE）對(duì)汽車分型，根據(jù)實(shí)物推出三維模型，達(dá)到縮短設(shè)計(jì)周期，降低企業(yè)成本和風(fēng)險(xiǎn)的目的。首先，將整車拆卸開(kāi)來(lái)，根據(jù)汽車結(jié)構(gòu)不同，拆卸盡量減少對(duì)零件的破壞，之后得到汽車零部件。再者，使用專業(yè)設(shè)備對(duì)汽車零部件數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，獲得三維模型數(shù)據(jù)。最后，將采集到的數(shù)據(jù)集合為高密度散亂點(diǎn)云，提高重構(gòu)精度。

1.2 汽車三維模型重構(gòu)

文章使用Unigraphics NX（UG）計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行建模，以數(shù)據(jù)點(diǎn)和幾何特征繪制必要的網(wǎng)格性曲線，對(duì)網(wǎng)格性曲線嚴(yán)格控制曲線的實(shí)際曲線率，使曲線率保持變化。

在得到重構(gòu)的新能源汽車三維模型之后，根據(jù)實(shí)物當(dāng)中的任意三點(diǎn)（S、B、C）構(gòu)建幾何三角形，進(jìn)而對(duì)比重構(gòu)模型的相對(duì)距離和角度，文章選取三組數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，具體結(jié)果如表1所示。

由表1可得，新能源汽車實(shí)物和三維建模的圖形數(shù)據(jù)整體誤差范圍<5%，因此三維模型的整體精度可靠。

2 新能源汽車的全塑結(jié)構(gòu)防撞安全有限元建模

利用LS-DYNA軟件的BT單元在非全積分算法的支持下，對(duì)相應(yīng)的薄壁單元的結(jié)構(gòu)變化實(shí)時(shí)監(jiān)督，對(duì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化分析。實(shí)際的有限元模型當(dāng)中，汽車各個(gè)零件中的絕大部分零件都屬于薄壁結(jié)構(gòu)，選擇薄壁結(jié)構(gòu)網(wǎng)格單元可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)汽車零的管理和分析，以薄壁結(jié)構(gòu)網(wǎng)格單元作為支持，解決實(shí)際工作中出現(xiàn)的彎曲和變形現(xiàn)象。網(wǎng)格自身的質(zhì)量和有限元建模自身的實(shí)際精度有著直接的關(guān)系，其網(wǎng)格自身的各項(xiàng)數(shù)據(jù)例如網(wǎng)格尺寸、密度等都對(duì)有限元進(jìn)度有直接影響。網(wǎng)格自身的尺寸較小、密度較大，則其實(shí)際的質(zhì)量也就有保障。多邊形結(jié)構(gòu)部件碰撞后翹曲變形大，要增加單元網(wǎng)格量。

3 新能源汽車全塑結(jié)構(gòu)碰分析

以LS-DYNA系統(tǒng)化軟件當(dāng)中的BT單元作為技術(shù)支持，對(duì)相應(yīng)的新能源汽車碰撞有限元進(jìn)行建模并對(duì)模型進(jìn)行分析，將實(shí)際的建模獲取數(shù)據(jù)傳輸?shù)紿yperview軟件當(dāng)中對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行切實(shí)的分析。

新能源汽車自身的車身塑料結(jié)構(gòu)存在較大的變形，且變形集中在汽車前端，由車身前端嚴(yán)重的翹曲變化可以得出新能源汽車的材料還存在一定的不足。受汽車生產(chǎn)材料的影響，不同材料的彈性不同汽車撞擊后的損壞程度、危險(xiǎn)程度也不同。例如，硬質(zhì)聚酰胺泡沫具有良好的彈性模量，相應(yīng)的汽車碰撞之后，材料可以少量回彈，進(jìn)而減少碰撞過(guò)程中產(chǎn)生沖擊力，減輕車內(nèi)乘客受到的危害。此外，新能源汽車保險(xiǎn)杠距離電池較近，碰撞發(fā)生后會(huì)對(duì)電池造成不同程度的威脅，考慮到汽車電氣系統(tǒng)的安全性，保險(xiǎn)杠的潰縮變形不能過(guò)大。仿真結(jié)果顯示保險(xiǎn)杠塑性結(jié)構(gòu)潰縮變形并不明顯，因此硬質(zhì)聚酰胺泡沫材料可以應(yīng)用到新能源汽車結(jié)構(gòu)上，其本身具有足夠的強(qiáng)度，且能夠吸收大量碰撞能量。

4 新能源汽車全塑結(jié)構(gòu)的防撞優(yōu)化

綜上所述，通過(guò)對(duì)新能源汽車的全塑性結(jié)構(gòu)以及主要的零件進(jìn)行建模分析，得到碰撞發(fā)生后零件的內(nèi)能變化及碰撞性能分析，并以數(shù)據(jù)和仿真結(jié)構(gòu)作為依據(jù)提出以下具體優(yōu)化方案：

4.1 提高塑性結(jié)構(gòu)厚度

塑料材質(zhì)本身具有良好的彈性，在汽車發(fā)生碰撞后能夠吸收碰撞能量，但是塑料材質(zhì)不同于金屬材料，其整體強(qiáng)度較弱，優(yōu)化新能源汽車結(jié)構(gòu)可以提高汽車塑料材料的厚度或者增加吸能部件，進(jìn)而提高汽車的防撞安全性[2]。

4.2 加固保險(xiǎn)杠或改變電池位置

新能源汽車保險(xiǎn)杠近距離電池距離較近，一旦發(fā)生碰撞事故之后，很有可能威脅到的汽車的電氣系統(tǒng)，為了減小碰撞對(duì)電池結(jié)構(gòu)的威脅，可以通過(guò)在新能源汽車的保險(xiǎn)杠進(jìn)行必要的優(yōu)化改善，通過(guò)在保險(xiǎn)杠當(dāng)中加入剛性材料，從而提高新能源汽車在發(fā)生碰撞后產(chǎn)生的變形量。可以對(duì)汽車的電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的調(diào)整，將電池設(shè)置在原理碰撞高發(fā)區(qū)的前部，將其安裝到保險(xiǎn)杠當(dāng)中加入剛性，從而減緩汽車碰撞過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的沖擊加速;此外，還可以改變汽車的電池結(jié)構(gòu)位置，將其安裝在汽車碰撞變形影響最小的三角區(qū)域。保障汽車電氣系統(tǒng)的安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于新能源汽車全塑結(jié)構(gòu)在防撞安全性提高中的應(yīng)用分析，要認(rèn)識(shí)到新能源汽車和傳統(tǒng)汽車的區(qū)別，當(dāng)下不可再生能源緊缺的背景將新能源汽車的使用推向高潮，只有充分的提高新能源汽車的安全性，才能夠切實(shí)的促進(jìn)新能源汽車的長(zhǎng)久發(fā)展。文章利用信息時(shí)代的先進(jìn)建模仿真技術(shù)對(duì)汽車結(jié)構(gòu)的防撞進(jìn)行分析，在不對(duì)汽車造成威脅的基礎(chǔ)上開(kāi)展防撞實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，提出新能源汽車的防撞結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施，提高新能源汽車的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖勇，丁玉梅，秦柳等.新能源汽車全塑車身頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核[J].塑料，2016，45（01）：83-85.

[2]孫臣，楊月.新能源汽車的安全性[J].工程技術(shù)：全文版，2017（01）：00294.