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產(chǎn)品知識

激光切割機(jī)鋁橫梁泡沫鋁填充門檻橫梁改善汽車側(cè)

發(fā)布時間:2022-06-07 08:57:20 人氣:671

作者|學(xué)術(shù)期刊-《電動汽車建筑學(xué)報》

知圈 |進(jìn)車窗海外華人,請加微 13636581676,附注車窗

摘 要:電動汽車出現(xiàn)前部對撞時,主要就透過車窗內(nèi)部玻璃鋼、準(zhǔn)入門檻橫梁、蓋板、B 柱等內(nèi)部玻璃鋼展開能量傳遞或另一方面的形變來稀釋對撞能。科學(xué)合理的前部內(nèi)部結(jié)構(gòu)和新金屬材料應(yīng)用領(lǐng)域,是提升電動汽車側(cè)碰安全可靠的重要途徑。如前所述資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料在氣動力和壓制狀況下的優(yōu)點(diǎn)科學(xué)研究,將資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)化后充填到準(zhǔn)入門檻橫梁中,在相同速率下展開最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型對撞模擬預(yù)測,對強(qiáng)化后底盤與舊款的入侵量和角速率最大值展開對照,科學(xué)研究資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)在相同速率對撞下明顯改善電動汽車反抗對撞的效用。結(jié)果表明,資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)在3 種速率對撞上均達(dá)至了良好的增加入侵量和增加角速率最大值的效用。

關(guān)鍵字:資產(chǎn)泡沫鋁;A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu);車窗橫梁;側(cè)碰安全可靠

電動汽車對撞事故中,過大的加減速率最大值或電動汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)形變壓迫是造成人員傷亡的主要就原因,電動汽車復(fù)雜的對撞過程與對撞速率均會對電動汽車安全可靠造成巨大影響,因此,電動汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)安全可靠設(shè)計與對撞速率對電動汽車性能的影響關(guān)系科學(xué)研究具有重要意義。資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料具有輕質(zhì)、吸能力強(qiáng)的優(yōu)良優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是一種最有前途的電動汽車輕量化金屬材料,設(shè)計科學(xué)合理的資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)既能達(dá)至增加對撞角速率的效用,又能滿足電動汽車輕量化設(shè)計要求[1-2]。

徐平等[3]透過在車窗防撞梁中使用資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料的方法,起到提升吸能量和抗彎強(qiáng)度的作用。馬聰承等[4]采用設(shè)計科學(xué)合理的資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域到電動汽車窗檻橫梁中,達(dá)至了增加底盤角速率的目的。VINICIUs 等[5]探討了資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料在恒定載荷模式下的軸向折疊內(nèi)部結(jié)構(gòu)稀釋壓制能量的情況,以及管壁間的相互作用關(guān)系等,結(jié)果表明,在電動汽車、火車和其它運(yùn)輸工具中,資產(chǎn)泡沫和管壁在能量稀釋和載荷傳遞優(yōu)點(diǎn)下,其相互作用有直接的影響關(guān)系。TENG等[6]為了增加行人頭部傷害,在電動汽車發(fā)動機(jī)罩中設(shè)計了碳纖維增強(qiáng)資產(chǎn)泡沫和鋁強(qiáng)化聚碳酸酯金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu),起到了很好的稀釋對撞能的作用,從而達(dá)至保護(hù)行人的目的。蘭鳳崇等[7]在明顯改善翻轉(zhuǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性過程中使用了資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料,獲得了良好的內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能。于英華等[8]設(shè)計了資產(chǎn)泡沫鋁層合內(nèi)部結(jié)構(gòu)式電動汽車發(fā)動機(jī)罩板,有效地提升了發(fā)動機(jī)的靜態(tài)優(yōu)點(diǎn)和行人對撞安全可靠性。MA Congcheng 等[9]預(yù)測了資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)對電動汽車前縱梁和準(zhǔn)入門檻橫梁的性能明顯改善優(yōu)點(diǎn)。激光切割機(jī)鋁橫梁

國內(nèi)外文獻(xiàn)對資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料在電動汽車上的應(yīng)用領(lǐng)域展開了探索,對資產(chǎn)泡沫鋁內(nèi)部結(jié)構(gòu)充填局部開展了科學(xué)研究,但關(guān)于資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)在相同對撞速率工況下,對電動汽車安全可靠性能的影響關(guān)系等科學(xué)研究的文獻(xiàn)并不多見,本課題將對此展開深入科學(xué)研究,旨在推動資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料在電動汽車上的應(yīng)用領(lǐng)域。激光切割機(jī)鋁橫梁

資產(chǎn)泡沫鋁性能科學(xué)研究

資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料在氣動力試驗中表現(xiàn)出低水平應(yīng)力、較長平臺期優(yōu)點(diǎn),資產(chǎn)泡沫鋁平臺應(yīng)力由資產(chǎn)泡沫胞元的失效機(jī)制決定,透過金屬材料的彈性屈曲、塑性破損或斷裂等A43EI235E狀況來呈現(xiàn)。閉孔資產(chǎn)泡沫鋁胞元的封閉孔中存在初始空氣壓力P0,在壓縮過程中P0 抬高了資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料的平臺應(yīng)力,外加應(yīng)力必須克服初始空氣壓力P0,從而達(dá)至資產(chǎn)泡沫鋁胞壁屈曲條件,從理論上預(yù)測,此時所需的外加應(yīng)力可表示為:

式中:為平臺應(yīng)力為資產(chǎn)泡沫鋁胞壁金屬材料的彈性模量,MPa;Patm 為1 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力,MPa [10]。

外加應(yīng)力克服初始應(yīng)力后,對資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料繼續(xù)展開壓縮,隨著胞元體積的逐步增加,資產(chǎn)泡沫胞元中的空氣流體將對胞壁形成更大壓力,此時用Boyle定律求出數(shù)值模量貢獻(xiàn),應(yīng)力和應(yīng)變可表示為[10]:

式中:σ為后續(xù)壓潰平臺應(yīng)力,MPa;ε 為應(yīng)變。在資產(chǎn)泡沫鋁胞元內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性破

損時,塑性極限彎矩可表示為式 中Ys 為胞壁金屬材料的屈服應(yīng)力。則力此時名義應(yīng)力σP 表示為因為即得

在電動汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計中,主要就考慮資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料的限制最大值應(yīng)力或平臺應(yīng)力,較低的應(yīng)力值更容易滿足電動汽車吸能內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。氣體從資產(chǎn)泡沫鋁孔洞逸出時形成氣壓包,氣體的逸出速率受試驗壓制速率的影響,因此壓縮速率是影響資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料應(yīng)變率效應(yīng)的重要因素之一。在低應(yīng)變率100 ~102 s-1壓縮試驗中,低孔隙率的閉孔資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料的力學(xué)性能基本上不受應(yīng)變率影響。試驗結(jié)果表明,在102 ~104 s-1 應(yīng)變率和104 ~106 s-1 應(yīng)變率的試驗中,低孔隙率(約50%~70%)的資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料在壓縮試驗中,其壓縮性能明顯受到應(yīng)變率影響。但對于高孔隙率(大于70%)的資產(chǎn)泡沫鋁金屬材料在試驗中表現(xiàn)出基本不受應(yīng)變率影響的優(yōu)點(diǎn)[11-14]。激光切割機(jī)鋁橫梁

內(nèi)部結(jié)構(gòu)預(yù)測與強(qiáng)化設(shè)計

對sUV 目標(biāo)車的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型展開前部對撞預(yù)測,并與實(shí)車對撞試驗展開比對驗證,對撞試驗80 ms 時和對撞結(jié)束后底盤形變?nèi)鐖D1 所示。側(cè)碰出現(xiàn)時主要就的承力和形變內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括車窗內(nèi)部玻璃鋼、B 柱、準(zhǔn)入門檻橫梁,地板第一橫梁和第二橫梁內(nèi)部玻璃鋼等,這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)稀釋了側(cè)碰中產(chǎn)生的大部分對撞能。在對撞試驗中,準(zhǔn)入門檻橫梁為主要就承力內(nèi)部玻璃鋼,其形變嚴(yán)重,在對撞出現(xiàn)0.04 s 時y 向最大形變量達(dá)至174.0 mm,準(zhǔn)入門檻橫梁中部向主駕駛位置入侵。由于準(zhǔn)入門檻橫梁過早出現(xiàn)彎曲,導(dǎo)致底部車架傳遞能量無法發(fā)揮效能,因而有必要展開內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)化,明顯改善準(zhǔn)入門檻橫梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳遞能量的能力。激光切割機(jī)鋁橫梁

圖1 最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型對撞模擬預(yù)測與實(shí)車對撞試驗對照

以側(cè)碰中主要就承力內(nèi)部玻璃鋼準(zhǔn)入門檻橫梁為主要就強(qiáng)化設(shè)計目標(biāo),根據(jù)模擬計算結(jié)果展開強(qiáng)化設(shè)計,對加強(qiáng)板4 和8 作刪減處理,其它部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)厚度展開強(qiáng)化設(shè)計。資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的稀釋對撞能的能力,在準(zhǔn)入門檻橫梁中分散布置資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu),既能增加內(nèi)部結(jié)構(gòu)剛度又能稀釋更多對撞能。將資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)安裝到準(zhǔn)入門檻橫梁中,準(zhǔn)入門檻橫梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)與位置如圖2 所示。資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)由厚度為1.0 mm 的薄壁鋁管和密度為0.30 g/cm3 的資產(chǎn)泡沫鋁組合而成,單件A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)量為127.7 g,資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)以粘結(jié)方式連接到準(zhǔn)入門檻橫梁中。對準(zhǔn)入門檻橫梁部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)展開厚度強(qiáng)化和內(nèi)部結(jié)構(gòu)刪減,最終強(qiáng)化方案共減重761.2 g,以下強(qiáng)化方案車型稱為吸能式底盤。

圖2 準(zhǔn)入門檻橫梁充填資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)化方案

最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型模擬計算

對舊款和吸能式底盤分別展開最優(yōu)化模擬計算,以3 種相同速率展開對撞預(yù)測,科學(xué)研究內(nèi)部結(jié)構(gòu)入侵量和最大角速率最大值形變規(guī)律,以準(zhǔn)入門檻橫梁相對座椅中點(diǎn)的入侵量變化和座椅中點(diǎn)角速率最大值為指標(biāo)展開對照。激光切割機(jī)鋁橫梁

3.1 20 km/h 速率對撞結(jié)果預(yù)測

分別對舊款和吸能式底盤展開20 km/h 速率對撞模擬預(yù)測,對照預(yù)測座椅中點(diǎn)的最大角速率最大值,結(jié)果表明舊款最大最大值為117.6 m/s2,吸能式底盤為59.3 m/s2,吸能式底盤下降了49.1%,兩車座椅中點(diǎn)角速率最大值對照如圖3a 所示。吸能式底盤在整個對撞過程中角速率最大值起伏相差不大,最大值約出現(xiàn)在0.10 s 時。與舊款相比,吸能式底盤角速率最大值下降效用明顯,突顯了資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)良的抗撞性能。20 km/h 速率對撞中,吸能式底盤最大入侵量為55.6 mm,比舊款最大入侵量169.5 mm 增加了113.9 mm,下降了67.2%,兩車窗檻橫梁對座椅中點(diǎn)的入侵量對照如圖3b 所示。

圖3 20 km 速率對撞兩車模擬預(yù)測結(jié)果對照

3.2 50 km/h 速率對撞結(jié)果預(yù)測

分別對舊款與吸能式底盤展開50 km/h 速率對撞模擬預(yù)測,結(jié)果表明舊款最大角速率最大值為142.1 m/s2,吸能式底盤最大角速率最大值為74.9 m/s2,比舊款增加67.2 m/s2,下降了47.5%。兩車座椅中點(diǎn)的角速率最大值時序?qū)φ杖鐖D4a 所示,吸能式底盤角速率最大值整體表現(xiàn)平穩(wěn),基本保持在較低水平波動。激光切割機(jī)鋁橫梁

對照預(yù)測兩車窗檻橫梁在y 方向上對座椅的入侵量,舊款窗檻橫梁相對座椅中點(diǎn)的入侵量為174.0 mm,吸能式底盤入侵量為64.0 mm,比舊款入侵量增加110.0 mm,下降了63.2%,兩車窗檻橫梁相對座椅中點(diǎn)的入侵量時序?qū)φ杖鐖D4b 所示。結(jié)果表明,吸能式底盤對增加乘員倉入侵量的效用明顯。

圖4 50 km 速率對撞兩車模擬預(yù)測結(jié)果對照

3.3 80 km/h 速率對撞結(jié)果預(yù)測

分別對舊款與吸能式底盤展開80 km/h 速率對撞模擬預(yù)測,對其角速率最大值和準(zhǔn)入門檻橫梁相對座椅中點(diǎn)入侵量展開對照,如圖5 所示。

圖5 80 km 速率對撞兩車模擬預(yù)測結(jié)果對照

吸能式底盤角速率最大值為133.3 m/s2,比舊款角速率最大值145.0 m/s2 增加了11.7 m/s2,下降了7.4%。

預(yù)測對照舊款和吸能式底盤準(zhǔn)入門檻橫梁相對座椅中點(diǎn)在y 向上的入侵量,吸能式底盤最大入侵量為75.1 mm,比舊款最大入侵量177.2 mm 增加了101.9 mm,下降了57.6%。

3.4 對撞結(jié)果對照預(yù)測

對20 km/h、50 km/h、80 km/h 速率對撞時的各項數(shù)據(jù)展開對照預(yù)測,比較吸能式底盤與舊款的最大角速率最大值與底盤入侵量大小,對撞結(jié)果數(shù)據(jù)見表1[11]。激光切割機(jī)鋁橫梁

在駕駛座一側(cè)B 柱下方取點(diǎn)B 作為參考點(diǎn);在駕駛座一側(cè)A 柱下方取點(diǎn)C 作為參考點(diǎn)。吸能式底盤在最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型模擬對撞中,底盤動能的下降比舊款快,資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)起到良好的緩沖作用。在20 km/h 對撞速率中,最大角速率最大值由舊款117.6 m/s2 下降到59.3 m/s2,下降了49.6%;在50 km/h 對撞速率中,最大角速率最大值由舊款142.1 m/s2 下降到74.9 m/s2,下降了47.5%;在80 km/h 速率對撞時,最大角速率最大值由舊款145.0 m/s2 下降到133.3 m/s2,下降了8.1%。相比舊款,吸能式底盤增加角速率最大值的效用非常明顯。

吸能式底盤準(zhǔn)入門檻橫梁相對座椅中點(diǎn)在y 向的入侵量,在20 km/h、50 km/h、80 km/h 對撞速率中,比舊款分別增加了113.9 mm、110.0 mm、102.1 mm,吸能式底盤入侵量大幅度增加,起到了良好的保護(hù)乘員的作用[11]。

在3 種速率對撞試驗中,吸能式底盤的角速率最大值分別下降了58.3 m/s2、67.6 m/s2、11.8 m/s2,呈現(xiàn)出良好的增加角速率最大值的效用,充分發(fā)揮了資產(chǎn)泡沫鋁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的吸能優(yōu)勢,良好地提升了底盤抗撞性能。激光切割機(jī)鋁橫梁

表1 20 km/h、50 km/h、80 km/h 對撞中各項數(shù)據(jù)對照

結(jié)論

透過對一款實(shí)例車型展開強(qiáng)化設(shè)計,科學(xué)研究了相同速率對撞工況下,資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)對電動汽車側(cè)碰安全可靠性能的影響規(guī)律,以橫梁相對座椅中點(diǎn)的入侵量和座椅中點(diǎn)角速率最大值為指標(biāo)對舊款與吸能式底盤展開了對照科學(xué)研究。

(1)透過最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型模擬計算預(yù)測與試驗相結(jié)合,科學(xué)研究了資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)在相同速率對撞中,對于電動汽車安全可靠性能的影響變化。在3 種速率下對撞時,資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)均能發(fā)揮良好的作用,大幅度增加了底盤的入侵量。

(2)資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)使座椅中點(diǎn)角速率最大值明顯增加,在20 km/h、50 km/h、80 km/h 對撞中,角速率最大值分別下降了49.6%、47.5%、8.1%。

對底盤展開強(qiáng)化設(shè)計,將資產(chǎn)泡沫鋁A43EI235E內(nèi)部結(jié)構(gòu)充填到準(zhǔn)入門檻橫梁中,增加了對撞入侵量并增加了角速率最大值,達(dá)至了提升電動汽車側(cè)碰安全可靠性和底盤輕量化的目的,可為電動汽車開發(fā)人員提供參考。

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