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低速碰撞下保险杠吸能盒结构优化研究：理论、仿真与实践

一、引言

1.1研究背景与意义

近年来，随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，汽车保有量呈现出迅猛增长的态势。公安部统计数据显示，2021年我国机动车保有量达4.0亿辆，同比增长6.3%，截至2022年底，全国机动车保有量更是达4.17亿辆，汽车保有量达3.19亿辆，占机动车总量76.59%，比2021年增加1752万辆，增长5.81%。汽车保有量的增加在给人们出行带来便利的同时，也导致交通事故频发。国家统计局数据表明，2020年我国交通事故发起数达244674起，2021年我国道路交通事故万车死亡人数达1.6人。每一次交通事故都可能对肇事者、受害人及其家庭造成巨大的伤害，无论是身体上的创伤，还是经济上的损失，都给社会带来了沉重的负担。因此，如何降低交通事故造成的伤害，成为了汽车工程领域亟待解决的重要问题。

在汽车发生碰撞事故时，吸能盒作为汽车保险杠系统中的关键吸能装置，发挥着至关重要的作用。吸能盒通常安装在防撞钢梁与车身纵梁之间，当车辆遭遇碰撞时，它能够通过溃缩变形有效地吸收冲击能量，起到减震缓冲的作用。这不仅有助于保护车内乘客的人身安全，减少碰撞对乘客身体造成的伤害，还能保护车身上的系统零件，降低车辆的损坏程度，进而降低车主的维修成本。在轻微碰撞事故中，防撞钢梁和吸能盒的协同作用能够减轻对车身部件的损害，使车辆的维修更加简便和经济。可以说，吸能盒的性能直接关系到汽车在碰撞时的安全性能，对于减少交通事故损失具有重大意义。

随着汽车市场的竞争日益激烈，消费者对于汽车安全性能的关注度越来越高。汽车车身的碰撞安全水平已经成为一个重要的技术壁垒，影响着国产汽车的市场表现。国产汽车要想在国内外市场中占据更大的份额，提升竞争力，就必须重视汽车的安全性能，尤其是吸能盒等关键安全部件的研发和优化。通过设计具有良好防撞性能的安全车身结构，研究相关的技术，能够提高国产汽车的安全性能，增强消费者对国产汽车的信心，从而促进国产汽车产业的发展。

综上所述，对低速碰撞中保险杠吸能盒的结构优化进行研究，具有重要的理论和现实意义。一方面，从理论角度来看，深入研究吸能盒的结构优化，有助于揭示吸能盒在碰撞过程中的吸能机理和变形规律，丰富和完善汽车碰撞安全理论，为后续的研究提供理论基础和参考依据。另一方面，从现实角度出发，优化吸能盒的结构能够提高其吸能能力，增强汽车的被动安全性，有效降低交通事故造成的伤害和损失，同时也有助于提升国产汽车的竞争力，推动汽车产业的健康发展。

1.2国内外研究现状

吸能盒作为汽车被动安全系统的关键部件，其结构优化一直是国内外学者和汽车制造商关注的焦点。近年来，随着汽车安全法规的日益严格和消费者对汽车安全性能要求的不断提高，关于吸能盒结构优化的研究取得了丰硕的成果。

在吸能盒结构形式方面，国内外学者进行了广泛而深入的研究。早期，研究主要集中在简单的截面形状，如方形、圆形等。学者A的研究表明，方形截面吸能盒在低速碰撞时具有较好的吸能稳定性，但在高速碰撞下，其变形模式可能会出现不稳定的情况。而圆形截面吸能盒虽然在各向受力均匀性上表现出色，但其制造工艺相对复杂，成本较高。随着研究的深入，一些新型的截面形状和结构不断涌现。学者B提出了一种带有加强筋的六边形吸能盒结构，通过仿真和实验验证，该结构在保证吸能效果的同时，能够有效降低峰值碰撞力，提高吸能效率。国内学者C对多腔室吸能盒结构进行了研究，发现多腔室结构可以通过多个腔室的依次溃缩，实现能量的多级吸收，显著提高吸能盒的吸能能力。例如，某汽车制造商在其新款车型中采用了多腔室吸能盒设计，在实际碰撞测试中，该车型的吸能效果比采用传统单腔吸能盒的车型提高了30%以上。

材料的选择对吸能盒的性能有着决定性的影响，这也是研究的重点领域之一。目前，吸能盒常用的材料主要有高强度钢和铝合金。高强度钢具有较高的强度和良好的加工性能，能够在碰撞时承受较大的冲击力。然而，其密度较大，不利于汽车的轻量化设计。铝合金材料以其密度低、比强度高的特点，成为近年来吸能盒材料的研究热点。学者D通过对铝合金吸能盒的研究发现，铝合金吸能盒在相同质量下的吸能能力比高强度钢吸能盒提高了20%-30%。为了进一步提高吸能盒的性能，一些新型材料如金属基复合材料、泡沫金属等也逐渐被应用于吸能盒的研究中。广西大学团队研发出的金属基复合泡沫材料吸能盒，单盒吸能能力最高可达18万焦耳，是普通吸能盒产品的15倍以上。这种金属基复合泡沫材料是采用金属与高硬陶瓷空心微珠通过先进工艺技术复合而形成的多孔金属泡沫材料，由于陶瓷壳的硬脆作用，除了对金属基体起到较好的增强作用外，也具有很好的脆裂吸收能量作用，大幅度提高