鋁合金在汽車前防撞梁輕量化中的應(yīng)用

    汽車前防撞梁一般隱藏在前保險杠里面以及車門內(nèi)部,在較大沖擊力作用下,彈性材料已經(jīng)不能緩沖能量,真正起到保護(hù)車內(nèi)乘員的作用,它是車身被動安全系統(tǒng)的一部分,防撞梁其實并不是讓車子"防撞",它的主要作用是傳力.簡單概括,防撞梁的作用是:低速碰撞能減少維修成本,高速碰撞有助于提高保護(hù)性,尤其在復(fù)雜真實的環(huán)境碰撞中.

    一、汽車前防撞梁市場應(yīng)用情況調(diào)查

    汽車前防撞梁作為汽車的安全部件,通常采用金屬材質(zhì),如高強(qiáng)度鋼材和鋁合金等.它一般由防撞橫梁、吸能盒、吸能盒加強(qiáng)件及連接板組成.圖1 示出汽車前防撞梁安裝位置.圖2 示出汽車前防撞梁實物圖.

    通過市場調(diào)查,共統(tǒng)計65 款車型前防撞梁材料應(yīng)用情況,自主品牌19 款車型,其中2 款車型應(yīng)用鋁合金防撞梁;合資品牌46 款車型,有10 款車型應(yīng)用鋁合金防撞梁.

    調(diào)查結(jié)果顯示:合資品牌鋁合金防撞梁應(yīng)用比例高于國內(nèi)自主品牌2 倍多,行業(yè)內(nèi)鋁合金防撞梁應(yīng)用是發(fā)展趨勢.鋁合金防撞梁平均質(zhì)量4.5 kg,鋼制防撞梁平均質(zhì)量6.6 kg,差值約32%,可見鋁合金防撞梁輕量化優(yōu)勢明顯.部分鋁合金前防撞梁應(yīng)用車型,如表2所示.

    二、汽車前防撞梁碰撞仿真對比分析

    通過HyperMesh 軟件建立前防撞梁碰撞模型,模型建好后導(dǎo)入LS- DYNA 軟件進(jìn)行防撞梁性能仿真分析.工況選擇防撞梁正面碰撞,防撞梁材料選用6061 系鋁合金,碰撞質(zhì)量設(shè)置為1 700 kg,選用速度為36 km/h,計算時間設(shè)置為30 ms.

    比吸能即系統(tǒng)單位質(zhì)量的吸能量,比吸能反映了不同材料和結(jié)構(gòu)的吸能能力.在基于輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計中,希望結(jié)構(gòu)件比吸能值越大越好[1].圖5

    顯示在30 ms 時鋁合金防撞梁比吸能為11.3 kJ/kg,鋼防撞梁比吸能為5.2 kJ/kg.鋁合金防撞梁的比吸能是鋼防撞梁比吸能的2

    倍多.

    3、結(jié)論

    在汽車產(chǎn)品制造中,逐步加大鋁合金材料的應(yīng)用比例是汽車輕量化的必然趨勢,開發(fā)鋁合金防撞梁是實現(xiàn)汽車輕量化主要途徑之一,鋁合金防撞梁經(jīng)過設(shè)計驗證后必將取代鋼制防撞梁.

    1)根據(jù)仿真分析結(jié)果,正面碰撞鋁合金防撞梁吸收能量優(yōu)于鋼制防撞梁,滿足設(shè)計使用要求.

    2)鋁合金相比鋼材料有著密度小的優(yōu)勢,用鋁合金結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼結(jié)構(gòu),可使前防撞梁質(zhì)量減輕30%——50%,輕量化效果顯著[2].

    3)通過對比合資車企與自主車企鋁合金防撞梁應(yīng)用情況,可發(fā)現(xiàn)采用鋁合金防撞梁是汽車輕量化未來趨勢.

    4)對比防撞梁比吸能分析結(jié)果顯示,鋁合金防撞梁吸能能力明顯優(yōu)于鋼防撞梁,有助于提高整車安全性.