某卡車側防護的輕量化研究

李小文 ， 陳冬民 ， 徐 莉 ， 李文鳳

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330100）

商用車在發生交通事故時對人員和車輛的損失往往是巨大的，隨著交通的快速發展，對于商用車增加側部防護顯得更為重要，結構可靠的側部防護可防止行人以及騎自行車、電動車或摩托車的人員卷入車下導致的事故，這是企業對社會的責任。本研究將傳統的鋼材側防護替換為一種新型復合材料，根據法規GB 11567—2017[1]的要求建立模型，對其強度進行模擬分析，并通過零部件試驗驗證，仿真分析和試驗結果都證明，該新材料側防護可滿足法規性能要求，在滿足法規的要求下也實現了側防護的輕量化。

1 側防護法規要求說明

1）側面防護裝置包括橫桿、豎桿和垂直構件，側防護不應增加車輛的總寬，其外表面應位于車輛最外沿以內不大于150 mm的位置，在側防護后段250 mm區域內，側防護外邊表面距輪胎外側的距離應小于30 mm。前緣應處于最靠近它的輪胎周邊切面向后300 mm的范圍之內，后緣應處于最靠近它的輪胎周邊切面之前300 mm的范圍之內[2]。

2）車輛空載狀態下，側面防護裝置的下緣任意一點離地高度應不大于550 mm，上緣與其車輛上部構件應不大于350 mm。

3）當用直徑（220±10） mm圓形平頭施以1 kN的靜壓力垂直作用于該裝置外表面選定位置，其因受力而產生的變形在施壓中心點測量應滿足：側面裝置的最后250 mm段的變形不超過30 mm，其余部分變形不超過150 mm。

2 側防護仿真分析

2.1 模型概括

該側防護裝置由橫桿、豎桿及垂直構件組成，豎桿和橫桿之間采用黏接方式進行連接，組件結構如圖1所示；各組件的屬性和材料參數如表1所示。

圖1 側防護組件

表1 各組件的屬性和材料參數

2.2 加載工況說明

1）選取側護欄兩端和中間3個位置作為加載點，約束支架固定點處6個方向的自由度[3-5]；

2）在220 mm的圓形壓盤上加載1.2 kN（含1.2倍安全系數）的力[3-5]；

3）3種工況加載位置如圖2所示：P1位置為靠近前端模塊的端點，P2位置為支架約束的中心點，P3位置為遠離前端模塊的端點[3-5]。

圖2 3種工況加載位置

2.3 分析結果

1）P1點加載，如圖3（a）所示，因應力σ11＞0，縱向被拉伸，最大應力為83 MPa，小于材料縱向拉伸極限577 MPa；如圖3（b）所示，應力σ22＜0，橫向被壓縮，最大應力為44 MPa，小于材料橫向壓縮極限108 MPa，因此判斷該材料未發生斷裂。

圖3 P1加載應力云圖

P1加載力-位移曲線如圖4所示，P1工況1 200 N加載下，護欄的最大位移為23.5 mm（小于30 mm），該工況滿足法規要求。

圖4 P1加載力-位移曲線

2）P2點加載，如圖5（a）所示，因應力σ11＞0，縱向被拉伸，最大應力為56.5 MPa，小于材料縱向拉伸極限577 MPa；如圖5（b）所示，應力σ22＜0，橫向被壓縮，最大應力為15.7 MPa，小于材料橫向壓縮極限108 MPa，因此判斷該材料未發生斷裂。

圖5 P2加載應力云圖

P2加載力-位移曲線如圖6所示，P2工況1 200 N加載下，護欄的最大位移為9.4 mm（小于30 mm），該工況滿足法規要求。

圖6 P2加載力-位移曲線

3）P3點加載，如圖7（a）所示，因應力σ11＞0，縱向被拉伸，最大應力為79.9 MPa，小于材料縱向拉伸極限577 MPa；如圖7（b）所示，應力σ22＜0，橫向被壓縮，最大應力為36.6 MPa，小于材料橫向壓縮極限108 MPa，因此判斷該材料未發生斷裂。

圖7 P3加載應力云圖

P3加載力-位移曲線如圖8所示，P3工況1 200 N加載下，護欄的最大位移為22.4 mm（小于30 mm），故該工況滿足法規要求。

圖8 P3加載力-位移曲線

3 側防護試驗結果

如圖9所示側防護裝置固定牢固，用圓形平壓頭施以1 kN（國標）和1.2 kN（增加）的靜壓力垂直作用于該裝置外表面的前端、中端及后端，并測量變形量，試驗結果如表2所示，試驗結果均滿 足法規要求[6-7]。

圖9 側防護裝置加載試驗

4 結論

通過以上的強度仿真分析和樣件試驗驗證，結果表明此新型材料的側防護滿足法規要求，為側防護的輕量化提供參考依據。新材料的結構和設計可推廣到其他同類裝置中去。