關于如何優化設計汽車車身結構安全部件材料的分析

摘要：汽車是當前生活中重要的出行工具之一，而且隨著人們安全意識的提高，對汽車性能也有了更高的要求。對于汽車而言，其安全和車身結構安全部件有著直接的關系，發生意外碰撞事故后，車身結構安全部件的性能直接事關人們的生命安全，因此對此材料要合理的進行優化，這樣才能有效的提升汽車的安全性。基于此，本文首先分析汽車碰撞安全性設計，然后探究汽車重要部件安全分析與優化，希望可以借此給汽車結構安全部件材料設計的相關研究提供一定的參考。

關鍵詞：汽車;車身結構;安全部件;材料

汽車是人們出行必不可少的工具之一，它可以為我們的生活帶來極大的便利，但是隨著汽車數量的不斷增加，各類交通事故也呈現出日益增長的趨勢。當發生汽車碰撞后，人們的生命財產會受到極大的威脅，因此保障汽車的安全性是汽車設計的核心問題之一。一般而言，汽車的車身結構直接關系到其碰撞的安全性，因此其關鍵的安全部件材料要合理的進行選擇，這樣才有更好的保障車內人員的安全。

1 汽車碰撞安全性設計

1.1汽車安全性設計的原則

汽車在發生碰撞后會產生劇烈的沖擊，這時車身會吸收一部分動能，這樣就能減少癥狀對車內人員安全性的影響。對于汽車安全性設計而言，要保障碰撞的安全性，一方面是減少沖擊的能量，另一方面是確保碰撞后車內仍有充足的人員占有空間。因此，汽車安全性設計首先需保證乘員艙的加速度數值設計在相對較小的范圍之內，這樣在發生碰撞之后減小人員因撞擊而產生較大的沖擊傷害。其次，前圍板的嵌入量和轉向柱的后移量也要控制在較小的范圍之內，這樣就能為車內的人員提供足夠的生存空間，防止由于汽車碰撞產生的擠壓而造成車內人員的損傷。

1.2優化設計汽車材料配置

汽車的安全性設計通常在對象選擇上有一定的主觀特性，例如材料的選擇以及厚度的交互問題等，這些都需要從全面進行考慮，否則會對汽車的安全性產生影響。因此在對汽車進行安全性設計時首先要深入分析判斷能量的分布和傳導路徑，然后選擇其中的部件來進行優化設計，這樣才能有效提高汽車的安全性能。另外，在選擇設計對象時盡量要采用多目標優化的形式，建立起相應的模型，將相關因素都考慮在內，這樣才能實現混合性優化的目的。

2 汽車重要部件安全分析與優化

2.1汽車能量傳導路徑分析

汽車在發生正面碰撞后能量會逐步的傳遞，分析其傳遞路徑才能了解到不同部件的作用，為后續的優化設計奠定基礎。車輛碰撞的能量傳遞主要是這三種路徑，首先汽車與剛性障礙發生碰撞時，前保險杠會因為碰撞出現擠壓變形，然后將力傳遞到縱梁，之后通過向上傳遞到汽車的后方位置。其次，汽車在發生碰撞時也可能是保險杠將力傳給前縱梁，然后傳遞到縱梁的下方，最終傳遞到門檻梁和地板縱梁。除此之外，汽車在發生剛性碰撞后還可能使車身下方受到前輪胎的作用，將力傳遞到上方，然后傳遞到門檻梁，最后向車輛后方傳遞。

2.2能量分布分析

除了分析能量傳遞路徑之外，還需要對能量分布進行分析，這樣才能確定在傳遞路徑中發揮性能作用的部件，進而針對性的采取優化設計。對于汽車正面碰撞而言，其車身上柱端發揮的性能作用相比下柱端較小，因此汽車車身以及成員艙中實際發揮性能作用的主要還是車身下段的傳遞路徑，所以在進行優化設計時更應從車身下端的傳遞路徑來進行考慮。

2.3敏感度分析

汽車車身結構安全部件的優化設計可采用正交實驗的方法，對相關部件的實際敏感度進行探究，這樣能夠了解到不同因素的汽車車身安全性能影響的主次關系。一般而言，車身結構的材料質量都是最好的，用強度較高的鋼材制成，但是這種材料的成本相對較高，所以在進行車身結構優化設計時要確保鋼材被替換后，新材料也具備相同的性能，這樣才能保障汽車的安全性。在進行實驗時，可對所有的部件材料敏感度進行分析，選擇材料變化較為敏感的部件，然后對其厚度進行多目標優化處理。經過相關的分析發現，汽車車身結構材料強度通常有一定的限制，因此需要將其維持在特定的范圍之內，如果強度持續增加，很可能導致形變量不足而造成吸收動能效果較差的問題。借助正交試驗能夠確定最合適的范圍，保證優化設計不會對其安全性產生影響。

2.4汽車車身結構材料配置優化設計方法

汽車車身材料的配置有多種方法，通常是建立相應的模型，然后借助模型分析材料配置。在進行分析時，要重點關注汽車車身部件材料以及厚度之間的交互性問題，可以把離散的變量轉變為連續變量，然后針對性地采取調整措施，這樣才能保證調整后接近其離散值，進而使局部得到最優的處理。另外，在進行分析時還可將連續變量實施離散化，借助差異性分析來探討不同因素對結果的影響。除此之外，相應的優化設計還可采用遺傳算法來進行處理，對不同的處理對象采用編碼，然后由計算機來進行運作，保證處理對象離散連續混合。當然，相應的方法還有多種，但是都要注重局部和整體之間的關系，確保將所有影響因素都考慮在內，這樣才能提升優化設計的科學性。

3 結語

汽車車身結構安全部件材料設計非常重要，近幾年我國不斷加大相關的投入，也借助碰撞實驗來分析實際結果，很多車企都取得了重要的成果。但是從當前的實際情況來看，車身結構安全部件仍然有優化的空間。本文針對汽車碰撞安全設計分析了相應的措施，從能量傳導路徑、能量分布、敏感度和材料配置優化設計方法四個方面進行了探究，希望可以借此給汽車安全性設計的相關研究提供一定的方向。

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作者簡介：任龍軍（1984.09-），男，漢族，吉林長春市人，行政職務，助教，碩士，主要從事汽車構造教學與汽車設計研究。