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1、铝合金在汽车前防撞梁轻量化中的应用门立忠;佟磊;王帅【摘 要】为了提高铝合金在汽车产品中的材料利用比率,同时实现前防撞梁轻量化 设计,通过对铝合金防撞梁和高强钢防撞梁对比分析,论述了铝合金材料在汽车前防 撞梁轻量化的应用.文章针对前防撞梁市场应用情况调查及碰撞仿真分析阐明了铝 合金防撞梁的应用可行性.分析结果表明:通过合理结构设计,在相同的碰撞仿真条件 下,铝合金防撞梁比吸能优于钢制防撞梁.期刊名称】汽车工程师年(卷),期】2018(000)001【总页数】2页(P55-56) 【关键词】 前防撞梁;铝合金;轻量化【作 者】 门立忠;佟磊;王帅【作者单位】 华晨汽车工程研究院;华晨汽车工程研究
2、院;华晨汽车工程研究院【正文语种】 中 文汽车前防撞梁一般隐藏在前保险杠里面以及车门内部，在较大冲击力作用下，弹性 材料已经不能缓冲能量，真正起到保护车内乘员的作用，它是车身被动安全系统的 一部分，防撞梁其实并不是让车子“防撞”，它的主要作用是传力。简单概括，防 撞梁的作用是：低速碰撞能减少维修成本，高速碰撞有助于提高保护性，尤其在复 杂真实的环境碰撞中。1 汽车前防撞梁市场应用情况调查汽车前防撞梁作为汽车的安全部件，通常采用金属材质，如高强度钢材和铝合金等 它一般由防撞横梁、吸能盒、吸能盒加强件及连接板组成。图1示出汽车前防撞 梁安装位置。图2示出汽车前防撞梁实物图。图1 汽车前防撞梁安装位
3、置图2 汽车前防撞梁实物图 通过市场调查，共统计65款车型前防撞梁材料应用情况，自主品牌19款车型， 其中2款车型应用铝合金防撞梁；合资品牌46款车型，有10款车型应用铝合金 防撞梁。前防撞梁应用情况统计，如表1所示。表1 汽车前防撞梁应用情况统计表? 调查结果显示：合资品牌铝合金防撞梁应用比例高于国内自主品牌2倍多，行业 内铝合金防撞梁应用是发展趋势。铝合金防撞梁平均质量4.5 kg，钢制防撞梁平 均质量6.6 kg，差值约32%，可见铝合金防撞梁轻量化优势明显。部分铝合金前 防撞梁应用车型，如表2所示。表2部分铝合金汽车前防撞梁应用车型品牌Audi Audi Audi Audi BM W
4、Bui ck Denza Geel y M ercedes Ni ssan Toyot a Zot ye 车型 A3 1.4 TFSi Sportback Luxury A6 2.8 FSI Comfort Q3 2.0 TFSi Comfort Q5 2.0 TFSi(Jinqu Xing)3 Series 328Li Lacrosse 1.5 basic EV Executive Borui 1.8 T Flagship E-Class 260L Teana 2.0 XL-Navi(Zhishang Ban)Highlander 2.0 D-4ST Luxury E200 质 量/kg 3
5、.944 6.169 3.757 5.237 5.793 2.825 6.749 4.897 3.110 6.571 4.520 1.232车系欧系欧系欧系欧系欧系美系合资自主欧系日系日系自主2 汽车前防撞梁碰撞仿真对比分析通过Hyper Mesh软件建立前防撞梁碰撞模型，模型建好后导入LS-DYNA软件 进行防撞梁性能仿真分析。工况选择防撞梁正面碰撞，防撞梁材料选用6061系铝合金，碰撞质量设置为1 700 kg，选用速度为36 km/h，计算时间设置为30 m s。图3示出高强钢汽车前防撞梁碰撞分析图。图3b显示高强钢汽车前防撞梁碰撞总 能量约85 kJ，其中48.2 kJ被吸收转化为内能
6、，约56.7%的能量被吸收。图3 高强钢汽车前防撞梁碰撞分析图图4显示铝合金汽车前防撞梁碰撞总能量约85 kJ,其中58.3 kJ被吸收转化为内能， 约68.6%的能量被吸收。图4 铝合金汽车前防撞梁碰撞分析图比吸能即系统单位质量的吸能量，比吸能反映了不同材料和结构的吸能能力。在基 于轻量化的结构设计中，希望结构件比吸能值越大越好1。图5显示在30 m s 时铝合金防撞梁比吸能为11.3 kJ/kg，钢防撞梁比吸能为5.2 kJ/kg。铝合金防撞 梁的比吸能是钢防撞梁比吸能的2倍多。图5 比吸能对比图3 结论 在汽车产品制造中，逐步加大铝合金材料的应用比例是汽车轻量化的必然趋势，开 发铝合金防
7、撞梁是实现汽车轻量化主要途径之一，铝合金防撞梁经过设计验证后必 将取代钢制防撞梁。1）根据仿真分析结果，正面碰撞铝合金防撞梁吸收能量优于钢制防撞梁，满足设 计使用要求。2）铝合金相比钢材料有着密度小的优势，用铝合金结构代替传统钢结构，可使前 防撞梁质量减轻30% 50%，轻量化效果显著2。3）通过对比合资车企与自主车企铝合金防撞梁应用情况，可发现采用铝合金防撞 梁是汽车轻量化未来趋势。4）对比防撞梁比吸能分析结果显示，铝合金防撞梁吸能能力明显优于钢防撞梁， 有助于提高整车安全性。参考文献【相关文献】1米林，魏显坤，万鑫铭，等铝合金保险杠吸能盒碰撞吸能特性几重庆理工大学学报，2012,26（6）：1-7.2安治国，赵云云轿车防撞梁轻量化结构强度设计J.计算机仿真,2016，33 （ 7 ）: 205-209.
