基于耐撞性的汽車輕量化技術研究

0 引言

生態污染、氣候變暖、能源消耗加劇了汽車產業的革新變化，為降低汽車對于能源的依賴性，降低能源消耗量，現代化汽車產業不斷探索低排放、低能耗目標的實現方式，在汽車輕量化發展過程中，需合理選擇輕量化材料，并采用適宜工藝進行連接，以此可保障汽車的操作性及耐撞性，繼而促進汽車輕量化發展進程，且在一定程度上推動“雙碳”戰略進程。

（2）將正射影像和DEM導入 GIS服務器（如Arcgis Server、Geoserver等），進行切片處理，再發布為影像切片服務和高程切片服務。

1 汽車耐撞性及其影響規律

1.1 耐撞性

耐撞性屬于汽車重要性能指標，主要是借助吸收碰撞能量提升汽車的碰撞抵抗能力，繼而對汽車內部人員及物品形成良好的保護效果，減少各類碰撞事件的負面影響。為提升汽車安全性，減少安全事故的發生，當前法律法規中明確提出了汽車碰撞安全標準。通常情況下，多基于有限元模型計算得出汽車耐撞性情況，并以模型分析計算結果為依據不斷調整優化，以此可有效提升汽車耐撞性。汽車碰撞分為三類，即正面碰撞、尾部碰撞、側面碰撞，據統計，在上述三類碰撞中，正面碰撞最可能引發安全事故，且死亡率相對較高，可達48%，尾部碰撞與側臉碰撞所的危害程度遠低于正面碰撞，因此，在汽車輕量化發展期間，應主要提升正面耐撞性，采用吸能結構、保險杠等方式進行提升。

1.2 影響規律

對于汽車而言，對耐撞性影響最大的結構為車身，在汽車輕量化發展過程中，應在實現減重輕量的同時，將會在一定程度上影響車身剛度及強度，間接影響耐撞性。從本質上看，車身硬度雖可提升汽車耐撞性，但車身硬度并非越高越好，汽車輕量化期間降低車身鋼板重量并非一定會影響耐撞性，可采用適宜吸能方式確保汽車耐撞性達標。汽車吸能的實現主要依靠材料或結構，例如：保險杠為汽車吸能主要方式，其吸能盒具有褶皺結構，當有碰撞發生時，則會吸收碰撞能量，但若保險杠與人體發生碰撞接觸，將會對人體造成損傷，因此為減少保險杠對人體造成的損傷，在汽車輕量化發展時，可借助新型輕量化材料改進保險杠結構。汽車實現輕量化的同時，不可降低汽車本身結構性能，而保障耐撞性效果，可引進新型輕量化材料，如碳纖維復合材料、鋁鎂合金等，實現汽車減重的同時，防止出現力學性能降低的情況。

2 汽車輕量化材料及其連接工藝

2.1 輕量化材料

2.1.1 碳纖維復合材料

該材料力學性能優異，具有耐摩擦、耐高溫、耐腐蝕、含碳量高的優勢，其整體比重低于鋼結構的25%，但抗拉強度卻高于8倍的鋼結構強度，此外，該類復合材料吸能率較高，可達120kJ/kg，且拉伸模量、比模量、比強度均高于其他材料

。相較于鋁合金，碳纖維復合材料應用后，可減重20%至40%；相較于鋼制材料，該材料可實現60%至80%的減重。碳纖維復合材料具有顯著的輕量化優勢，是促進汽車輕量化發展的重要材料。

2.1.2 工程塑料

1.3觀察指標:將兩組分別采集數據進行對比,評估臨床療效、心功能指標、血液黏滯度(血細胞比容)、凝血系統[包括活化部分凝血酶原時間(AWTT)、血漿凝血酶原時間(PT)和凝血酶時間(TT)和不良反應等。

為便于分析，將蜂窩芯層材料視為同向均質材料，此時芯層應力與面板應力相同，具體關系如下：

3

2

2 平均壓潰載荷

式(2)中，

、

、

分別為蜂窩夾芯板總應力、面板應力、芯層應力。

除上述輕量化材料的直接使用外，還可基于現有結構進行改造，通過一定措施保障汽車輕量化特征，并提高汽車耐撞性。例如：在傳統蜂窩管結構內部填充聚氨酯泡沫，用于提升蜂窩管結構的耐撞性及吸能效果，通過兩者的結合應用形成聚氨酯蜂窩復合結構，以此同樣可呈現出優異性能。

2.2 材料連接工藝

3.2.1 總吸能EA

當時，我的父親就在石頭口門水庫戰地廣播站工作，他和同事們親眼目睹了這神奇的一幕。父親每每講起這個故事，所有聆聽者的心總被萬靈彌合而激動不已。

膠結連接工藝主要是借助膠粘劑連接各材料結構，該方式無需鉆孔，可避免鉆孔改變結構而造成破裂斷裂現象。該連接工藝具有結構輕、減震密封效果好的優點，且不會對待連接材料強度造成影響，因此，可將其用于汽車輕量化材料的連接作業中。此外，膠結連接工藝在大載荷傳遞方面表現不佳，強度分散大，且屬于永久性連接方式，故在實際應用時，應根據實際情況合理選擇。根據該連接工藝特性來看，其在不拆除結構件的連接制作中較為常用。

（2）材料加工區布設：對于材料加工區域，主要包含鋼筋加工區、成型鋼材焊接區、模板加工區、預制構件制作區、施工工具放置區等。在安全控制管理過程中：①將已經加工好的材料放置在容易取用的區域；②對加工區域做好防水工作，避免材料受潮、受淋，產生損壞；③對于易燃的施工材料，設置了消防去，配備了齊全的消防設施，并張貼安全指示牌，提醒施工人員注意。

2.2.2 機械連接工藝

根據管線縱剖面圖，擬在樁號2+769.16處設置1個雙向調壓井，直徑為25 m，高為17 m,初始液面高度14.32 m。在樁號0+892.25處設置一個單向調壓井，直徑為6 m,高為10 m，液面高8 m。事故停泵后，泵出口閥的關閉規律為兩階段關閥：0～11.7秒關80%，11.7～90秒全部關閉。

在此基礎上代入胡克定律，此時有：

2.2.3 焊接連接工藝

焊接工藝高效快速，針對汽車輕量化發展過程中所應用的復合材料，可采用不同的焊接工藝進行連接。例如：熱塑性復合材料應優先選用超聲波焊、激光焊接兩種方式。

3 汽車輕量化耐撞緩沖結構設計分析

金屬材料憑借其優異塑性優勢而被廣泛應用到汽車吸能裝置中，而蜂窩管成本低、結構簡單而備受行業關注，但單一化蜂窩管的耐撞性及承載力性能不佳，吸能效果有待提升，在汽車輕量化設計期間，為保障汽車耐撞性，可對蜂窩管進行填充，形成復合吸能結構。以下基于汽車蜂窩管結構，設計汽車輕量化耐撞緩沖結構，并了解蜂窩管填充材料對汽車耐撞性的影響。

3.1 壓縮彈性模量分析

圖1為蜂窩夾芯板受壓圖，將壓縮載荷設為P，將軸向總應變、蜂窩芯應變、芯層軸向應變、面板軸向應變分別設為ε、ε

、ε

、ε

，面板厚度與芯層厚度分別設為t、h，在軸向載荷條件下，存在以下關系：

=(

+2

)=2

+

(1)

工程塑料多見于醫療、交通運輸、機械建筑、電子電器等行業，其具有優異的耐撞性，機械性性能優異，可承受一定程度的外力沖擊，且化學性能穩定，可吸收噪音、減振緩沖，并具有良好的耐高溫性與耐腐蝕性。從汽車輕量化發展角度來看，工程塑料性能優異，加工成型效果好，成本低廉，不僅可實現汽車結構減重，還具有綠色環保優勢，因此，隨著汽車產業的綠色化發展，工程塑料現已逐步代替金屬零部件。除用于汽車結構外，工程塑料還可用于汽車內飾件的生產制作，不僅可表現出良好的裝飾效果，且安全性、韌性較高，現階段工程材料可用于生產制作座椅、車門、立柱、儀表盤等車內飾件

。工程塑料還被應用到汽車發動機周圍部件中，如皮帶、散熱器等，在實際應用中，為保障部件性能，可添加增塑劑，用于提升其耐磨性、耐熱性等。工程塑料的應用不僅促進了汽車輕量化的發展，其還具有可回收利用性，且強度高、塑性強、減振緩沖效果好，故可有效保障汽車的耐撞性。

=

=

(2)

玻璃纖維具有較高強度，但其纖維松散，難以成形，若將玻璃纖維與增強材料、基體材料相結合，則會得到玻璃纖維復合材料，其承受力則會大幅提升，可良好應對各類載荷及應力，并具有良好的吸能效果。該復合材料符合輕量化要求，且強度、承載力、吸能效果達標，將其用于汽車生產作業中將會有效保障耐撞性，同時玻璃纖維復合材料設計自由度相對較高，可根據汽車生產要求而將玻璃纖維復合材料設計為復雜配件結構，可用性較強。

該連接方式屬于傳統化技術，技術成熟，應用廣泛，其具有可重復裝配、可靠性高的優勢，但結合實際情況來看，機械連接工藝并不適用于汽車輕量化復合材料的連接工作中。隨著復合材料產業的發展，機械連接工藝不斷改進，在有限元分析軟件應用下，可減少機械連接工藝所引發的結構斷裂隱患，對傳統制孔鉆孔工藝進行優化，借助各向異性彈性力學、Faber級數理論分析應力及載荷分配，以此解決由應力集中造成的機械問題，同時對螺栓連接頭展開仿真優化，即可有效避免腐蝕現象。

(3)

式(3)中，

、

、

分別代指蜂窩夾芯板、面板、芯層的壓縮彈性模量。

3.2 耐撞吸能指標

為確保所設計出的汽車輕量化耐撞緩沖結構符合標準，應明確汽車耐撞吸能特性的衡量標準，借助試驗機得出“荷載-位移”參數，進一步計算得出車耐撞吸能特性參數標準

。

嘉興WLM配送中心是以尊重個人，服務顧客，追求卓越，誠信行事為四大信仰。在穩定庫存中可對員工可進行定期的培訓，使他們的素質和效率有所提高，每天保持積極的心態來工作。聆聽公司內每一個員工的意見，互相學習。采取半年制一考核的方式，使他們在工作中不斷成長。若考核未通過的則采取一定的懲罰措施，但同時對一個月內犯錯率最少的員工采取獎勵措施，使他們再接再厲。部門間的員工在不同的領域進行學習，不僅僅只限于自己工作的范圍。

2.2.1 膠結連接工藝

該指標主要耐撞緩沖結構借助塑性變形來降低碰撞能量的能力，即該結構在汽車碰撞期間所吸收的能量則為總吸能EA，該數值可切實反映出耐撞緩沖結構的吸能情況，而總吸能EA可運用下述公式計算得出：

(4)

式(4)中，

(

)與

分別代表瞬間沖擊力、有效壓縮位移。

2.1.3 玻璃纖維復合材料

將該參數設為

，其代表總吸能與有效壓縮位移的比值情況，可反映出耐撞緩沖結構在單位壓縮位移條件下的吸能情況，可運用下述公式計算得出：

(5)

3

2

3 比吸能

系統總體結構如圖1所示。主要分為傳感器網絡節點、AP網關模塊、主控制器模塊以及上位機人機交互界面。多個傳感器網絡節點借助AP網關通過TCP/IP協議進行組網,構建基于無線WIFI的網絡傳輸體系,通過速度、加速度、以及位移等傳感器完成測點振動信號的采集,A/D轉換模塊將采集的模擬量轉換為數字量[3]。主控制器作為上位機與傳感器單元之間的中轉站,通過以太網收發器與上位機進行網絡連接,并且采用無線WIFI模塊與傳感器節點建立通信,進行控制指令的發送和數據的傳輸。上位機作為檢測系統的人機交互界面,控制整個檢測系統的運行狀態以及數據的處理和顯示。

將該參數設為SEA，用于代表耐撞緩沖結構在單位壓縮位移條件下所吸收的能量與結構變形質量(m)之間的比值，是衡量結構材料吸能水平的關鍵指標，其可借助下述公式計算得出：

(6)

3.3 試驗設計及參數

3.3.1 試驗材料

所有病例數據均來自于四川省大數據平臺，從200多萬份臨床病例中篩選出500份2016年7月～2018年7月的完整郁證（抑郁癥）患者病歷。

以3003鋁合金為基本材料制蜂窩結構，其材料密度、彈性模量力、屈服強度分別為2800kg·m

、74GPa、185MPa，而蜂窩結構孔徑、邊長、鋁箔厚度、異面厚度、平面規格分別為6.9mm、4mm、0.05mm、16mm、60mm×60mm，聚氨酯泡沫制備所需的黑料成分、白料成分分別為異氰酸醋、聚醚多元醇，其中黑料異氰酸醋在使用之前，應將其置于恒溫箱(45℃)環境下進行為期30min的預熱

。

3.3.2 制備復合結構

為了解不同比例的黑白料成分是否會影響輕量化耐撞緩沖結構性能，按照5:7、5:6、5:5三種比例將黑白料混合，經攪拌后將其置于鋁蜂窩結構內部發泡，繼而獲得聚氨酯蜂窩復合結構。在常溫環境下靜置2日，運用美工刀將其切割并打磨為試驗試件，各試件需符合60mm×60mm×16mm的規格標準。進一步借助環氧樹脂膠粘貼鋁板，使其可良好填充至鋁蜂窩結構內部，以此完成復合結構的制備。后續運用試驗機展開壓縮試驗，恒定速度為2mm·min

，經壓縮試驗，發現結束位移為14mm

。

3.4 結果分析與討論

3.4.1 失效變形情況

通過試驗驗證，發現在載荷作用下，空蜂窩結構在試驗初期就產生了塑性變形問題，褶皺現象明顯，且隨著試驗的延長，褶皺問題程度不斷加大，最終被 壓潰。相較于空蜂窩結構，填充蜂窩結構的褶皺問題相對較小，所表現出的塑形變形較低。

本模塊是水泥企業在銷售過程中的事務處理信息化模塊。將銷售過程中的各項銷售事務信息化，可為決策層提供詳盡的查詢、統計、分析功能，以便決策層及時了解銷售情況，從而能夠適時地調整銷售策略，實現利潤的最大化。

3.4.2 耐撞吸能情況

圖2為壓縮試驗的“載荷-位移”曲線圖，根據圖2a可見，黑料比例增加時，泡沫密度及強度均有所提升，在蜂窩管內填充純泡沫材料后，結構承載性大幅提升，結合圖2b可見，填充后的結構屈服載荷遠高于空管結構，此外，根據圖2c可見，蜂窩填充夾芯板完成填充并粘結后，其承壓性大幅提升，對總吸能、平均壓潰載荷、比吸能三個關鍵指標進行計算，可得出耐撞性指標情況，發現填充后的鋁蜂窩管吸能效果大幅提升，可將其應用到輕量化汽車結構中。

使用TOF-Watch SX加速度肌松監測儀進行肌松程度監測，通過刺激尺神經，檢測患者的拇內收肌加速度，采取四個成串刺激（TOF）（頻率2 Hz，波幅200 us，電流強度50 mA，間隔15 s）的方式記錄患者的肌松情況。

4 結束語

綜上所述，在汽車輕量化發展過程中，耐撞性屬于關鍵性指標，在實現汽車輕量化的同時，應確保汽車的耐撞性均符合要求，而在此期間，應從碳纖維復合材料、工程塑料、玻璃纖維復合材料等輕量化材料中選擇，同時根據輕量化材料情況選擇連接工藝，在設計輕量化耐沖撞緩沖結構時，應做好壓縮彈性模量分析，確定耐撞吸能指標，并合理選擇試驗設計及參數，以此即可保障汽車輕量化效果。

[1]殷勤勤,戎盼盼,郁濤,等.面向汽車輕量化設計的關鍵技術研究[J].時代汽車,2022(08):129-130.

[2]張銘潔,李文中,趙勝濤,等.淺談汽車輕量化及鋁合金的應用[J].環境技術,2021(S1):62-66.

[3]董麗麗.汽車輕量化技術應用分析[J].時代汽車,2021(13):37-38.

[4]劉智彬.新材料在汽車輕量化技術中的運用探討[J].時代汽車,2021(12):15-16.

[5]魏振洋.汽車輕量化技術的研究現狀[J].汽車工程師,2020(11):11-12+19.

[6]李光霽,劉新玲.汽車輕量化技術的研究現狀綜述[J].材料科學與工藝,2020,28(05):47-61.