基于瞬態響應的某輕型卡車保險杠設計

孫雪 岳本朋

摘 要：車輛的保險杠具有緩沖與吸收外力的作用，從而達到對輕型卡車前重要部分的保護作用。與此同時，保險杠的設計在一定程度上具備美觀的功能，亦是輕型卡車的裝飾之一。文章主要是在有限元的分析與計算基礎上，針對某輕型卡車的保險杠內板進行瞬態相應測驗，然后針對其結構實現優化的目標。在經過多重實驗后，發現道路以及抬價實驗就符合實際設計要求，這樣的方法應用在保險杠后期的設計中，具有一定的先導作用。

關鍵詞：前保險杠 有限元計算和分析 瞬態響應

1 引言

在針對保險杠的輕量化目標設計過程中，摒棄以往的鋼制材料，而選擇質地較為輕盈的塑料材質更為有效，可以在很大程度上降低保險杠的重量，實現降重的目標。符合車輛使用要求。期間，需要格外注意的是保險杠的使用強度，一旦其強度達不到標準，將會嚴重影響車輛上路的安全性能，隨之會使車輛的結構產生的破壞。其中，瞬時響應分析便是針對車輛的振動頻次，來分析保險杠的質量問題，繼而在一定基礎上實現其優化作用。針對車輛的使用來說，導致車輛法發生較大的振動源于兩個方面，其一是輪胎在做工過程中受到的路面作用，其二是發動機的振動所影響。汽車在運行過程中，路面對于車輛的作用是導致車輛產生振動的主要原因。針對此文章著重從路面開始研究，分析車輛的瞬態相應狀態[1]。

2 保險杠有限元模型建立

面對常見的輕型卡車中，其保險杠內板、外板以及連接之間組成了一個整體的保險杠結構。內板的存在，其作用就是為了作為骨架存在的，其支架的存在則是確保與內板之間相連接，使之承受更多外在的壓力，產生更多的預應力。一般情況下，當車輛在道路上行駛時，承受來自各部分的壓力，導致保險杠的內板出現損耗的幾率很大，應該將這一現象考慮進后期的設計工作中，并且還要加大投資力度。

3 瞬態分析理論

動響應分析法中，包括瞬態動力學分析，其工作模式是通過仿真技術來實現對于結構瞬時變化以及機械在不同荷載下的動力響應，使用瞬態分析，可以在不同的載荷工況下，實現對系統結構在時間變化下發生的位移、力矩以及力等數據的收集。所有的系統，在隨著時間的變化下，進而導致在時間范圍內，車身也會產生相同的作用力，在其影響下，車輛主體就會因為受力而出現變形的情況?；谶_朗貝爾原理的為基礎上，可得在所有的系統基礎上，物體所受的慣性力與所有的作用力之和必須為0。針對此，繼而研究系統的相應問題，可以相應的將慣性作用引入其中，針對其中出現的問題加以研究，轉化的過程中促進簡單相應力的變化。然后在靜態平衡的基礎上，實現問題的分析與解決。在此期間，通常是使用動力學研究方法來應對與解決，問題解決過程詳見以下內容：（1）離散化設備結構;（2）分析現有的單元方程;（3）分析現有的單元動力學;（4）針對整體的動力力學展開分析工作[2]。不同的激勵作用下，結構會受阻尼力與慣性的作用，將其中的任一展開列式，可得下列方程式：

求解瞬態相應的方程過程中，目前來講主要采取的方式是模態法與直接法，其中，直接法的使用原理是采用結構耦合的求解方程加以展現，而模態法的使用原理則體現在以直接法為基礎，對空間大小進行求解與縮減。因此也可以理解為瞬態分析是作為模態分析的形式存在的[3]。

4 保險杠瞬態響應分析

3.1 仿真六自由度臺架

在這一過程中，主要呈現出了對于六自由度的仿真架模型的仿真，在此基礎上實現保險杠內板反生瞬態相應的模型計算期間，將保險杠的內本結構安裝在其托架上，然后進行試驗車架與托架的連接。將駕駛室設置在駕駛室位置上，重新對駕駛室進行配置。詳見圖1，分析其激勵施加位置。

3.2 載荷及邊界條件

當車輛行駛遇到不平整的路面時，會對輕型卡車造成一定的作用，車輛以一定的速度向前行駛時，會遇到保險杠時間出現載荷激勵的情況女，并且在形式的過程中，受到路面激勵是保險杠結構出現了瞬態響應的主要原因。在進行數據采集時，主要是通過車輛經受瞬態響應后的變化而定的，通過軟件的更新，將其應用在仿真模塊的試驗車架以及仿真懸架中，然后在有限元基礎上開展計算。針對車架與懸架的連接點展開加載時域位移[4]。

5 保險杠結構優化及結果

以提升保險杠的內部鋼板的強度要求，要對現有的保險杠內板詳細結構展開優化措施。在針對原有的方案中的目標區域，展開優化式調整，將設計途徑實現統一化，并且將原有方案中排布錯亂的現象加以改進，實施均勻排布，然后可以使目標區域內的力量向設計方向釋放，在通過優化強筋數量的同時，還能滿足設計本身對于輕量化的要求。在進行點的安裝時，還要著重對于保險杠主體周邊的各個安裝點加以優化，并在結構體的底部安裝固定點，這樣一來就可以避免應局部剛度不足而導致的應力不集中。下圖2可以理解為保險杠的原結構方案，而圖3可以理解為優化后的方案圖片。

相比較原方案，優化后的方案更加具有說服力，在魚鱗路況下，保險杠所承受的壓力值從之前的600Mpa直接下滑至200Mpa，呈現出較大的下降幅度，我們可以在圖4與圖6中，詳細了解到新舊方案的優化值變化趨勢。而在圖5與圖7中，則可以直觀的看到方案優化前后的應力動態變化。經過道路的可靠性實驗以及1萬兩千米的實驗臺架驗證，輕型卡車的前保險杠內板并未出現損耗以及斷裂的現象，完全符合設計的初衷。

6 結語

總而言之，將瞬態相應的解決措施應用在魚鱗路面的輕型卡車的路面行駛所受的力量分析中，可以有效的對車輛保險杠的內板展開受力的分析與計算，后期將形成的數據以云圖或者曲線圖加以表現，在瞬態相應的作用下，針對現有的結構展開優化與設計。在針對現有的道路試驗以及六自由度臺架的支撐下，促使后期的保險杠的設計與使用均符合行駛要求，并且還能達到所期的目標。

參考文獻：

[1]李浩然，趙坤.基于瞬態響應的某輕型卡車保險杠設計[J].汽車實用技術，2020（06）：62-64.

[2]胡洪超.淺談某輕型卡車前保險杠的設計[J].內燃機與配件，2018（09）：13-15.

[3]李丹.某輕型卡車前保險杠結構可行性分析[J].輕型汽車技術，2012（Z1）：25-28.