自由翻转吸能盒的设计与耐撞性分析.pdfVIP

Altair 2015 技术大会论文集 自由翻转吸能盒的设计与耐撞性分析 Design of Free Inversion Bumper Stay and its Crashworthiness Analysis 李斌 梁晨 （燕山大学河北 秦皇岛 066002 ） 摘 要:轻量化和碰撞安全性是车身设计的两个重要目标。本文依据汽车保险杠的设计要 求，设计了一种自由翻转吸能盒，并利用有限元仿真软件HyperWorks 对自由翻转吸能盒的 内高压成形工艺和保险杠总成的碰撞吸能特性进行了仿真分析。分析结果表明所设计保险杠 吸能盒在不降低保险杠碰撞吸能特性的前提下，重量比原吸能盒减少了34.3%。 关键字: 吸能盒，内高压成形，碰撞吸能，轻量化，HyperWorks Abstract: Lightweighting and crashworthiness are two important objectives of vehicle body design. In this paper, based on the design method, one kind of free inversion bumper stay is designed. The hydroforming process of the free inversion bumper stay and energy absorption characteristics of the vehicle bumper with the free-inversion bumper stays are analyzed by using HyperWorks. The results demonstrate that the free inversion bumper stay can reduce the mass by 34.3%. Key words: bumper stay，hydroforming，crashworthiness，light mass，HyperWorks 1 概述 1.1 自由翻转吸能盒介绍 通过内高压成形工艺制造的自由翻转吸能盒可分为非胀形区、过渡区和胀形区三部分， 如图1 所示。自由翻转吸能盒在轴向载荷作用下，通过过渡区的翻转变形进行吸能。 a) 吸能前 b) 吸能后 图1 自由翻转吸能盒 - 1 - Altair 2015 技术大会论文集 1.2 保险刚总成碰撞吸能特性评价方法 在对保险杠总成进行设计时，除了考虑总布置时的尺寸和刚度要求外，作为低速碰撞的 主要吸能部件，保险杠总成还应满足相应的低速碰撞性能要求。依据保险杠设计的相关规程， 保险杠总成的碰撞性能进行分析分为平压工况和弯曲工况进行。 保险杠总成进行平压工况的有限元仿真分析时，对保险杠吸能盒末端进行全约束，刚性 墙以1m/s 的速度沿车身纵向匀速挤压保险杠，如图2 所示。要求保险杠总成在挤压过程中 5 与刚性墙间的接触力不能超过1.60×10 N，以避免低速碰撞过程中前纵梁先于保险杠变形。 4 保险杠总成碰撞过程中的总吸能量不能少于1.44×10 J 。 图2 保险杠总成平压工况分析 保险杠总成进行弯曲工况的有限元仿真分析时，对保险杠吸能盒末端进行全约束，将直 径 100mm 的刚性圆柱布置在距离保险杠一端390mm 处，然后以1m/s 的速度沿车身纵向 匀速挤压保险杠，如图 3 所示。要求保险杠总成在挤压过程中，其与刚性圆柱间的接触力 4 4 峰值不得小于1.60×10 N，挤压后期保险总成与刚性柱之间的接触力不得低于1.0×10 N。