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產品知識

激光切割機鋁橫梁泡沫鋁填充門檻橫梁改善汽車側

發布時間:2022-06-07 08:57:20 人氣:226

作者|學術期刊-《電動汽車建筑學報》

知圈 |進車窗海外華人,請加微 13636581676,附注車窗

摘 要:電動汽車出現前部對撞時,主要就透過車窗內部玻璃鋼、準入門檻橫梁、蓋板、B 柱等內部玻璃鋼展開能量傳遞或另一方面的形變來稀釋對撞能??茖W合理的前部內部結構和新金屬材料應用領域,是提升電動汽車側碰安全可靠的重要途徑。如前所述資產泡沫鋁金屬材料在氣動力和壓制狀況下的優點科學研究,將資產泡沫鋁A43EI235E內部結構強化后充填到準入門檻橫梁中,在相同速率下展開最優化數學模型對撞模擬預測,對強化后底盤與舊款的入侵量和角速率最大值展開對照,科學研究資產泡沫鋁A43EI235E內部結構在相同速率對撞下明顯改善電動汽車反抗對撞的效用。結果表明,資產泡沫鋁A43EI235E內部結構在3 種速率對撞上均達至了良好的增加入侵量和增加角速率最大值的效用。

關鍵字:資產泡沫鋁;A43EI235E內部結構;車窗橫梁;側碰安全可靠

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部結構形變壓迫是造成人員傷亡的主要就原因,電動汽車復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,電動汽車內部結構安全可靠設計與對撞速率對電動汽車性能的影響關系科學研究具有重要意義。資產泡沫鋁金屬材料具有輕質、吸能力強的優良優點,被認為是一種最有前途的電動汽車輕量化金屬材料,設計科學合理的資產泡沫鋁A43EI235E內部結構既能達至增加對撞角速率的效用,又能滿足電動汽車輕量化設計要求[1-2]。

徐平等[3]透過在車窗防撞梁中使用資產泡沫鋁金屬材料的方法,起到提升吸能量和抗彎強度的作用。馬聰承等[4]采用設計科學合理的資產泡沫鋁A43EI235E內部結構應用領域到電動汽車窗檻橫梁中,達至了增加底盤角速率的目的。VINICIUs 等[5]探討了資產泡沫鋁金屬材料在恒定載荷模式下的軸向折疊內部結構稀釋壓制能量的情況,以及管壁間的相互作用關系等,結果表明,在電動汽車、火車和其它運輸工具中,資產泡沫和管壁在能量稀釋和載荷傳遞優點下,其相互作用有直接的影響關系。TENG等[6]為了增加行人頭部傷害,在電動汽車發動機罩中設計了碳纖維增強資產泡沫和鋁強化聚碳酸酯金屬材料內部結構,起到了很好的稀釋對撞能的作用,從而達至保護行人的目的。蘭鳳崇等[7]在明顯改善翻轉內部結構的穩定性過程中使用了資產泡沫鋁金屬材料,獲得了良好的內部結構性能。于英華等[8]設計了資產泡沫鋁層合內部結構式電動汽車發動機罩板,有效地提升了發動機的靜態優點和行人對撞安全可靠性。MA Congcheng 等[9]預測了資產泡沫鋁A43EI235E內部結構對電動汽車前縱梁和準入門檻橫梁的性能明顯改善優點。激光切割機鋁橫梁

國內外文獻對資產泡沫鋁金屬材料在電動汽車上的應用領域展開了探索,對資產泡沫鋁內部結構充填局部開展了科學研究,但關于資產泡沫鋁A43EI235E內部結構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系等科學研究的文獻并不多見,本課題將對此展開深入科學研究,旨在推動資產泡沫鋁金屬材料在電動汽車上的應用領域。激光切割機鋁橫梁

資產泡沫鋁性能科學研究

資產泡沫鋁金屬材料在氣動力試驗中表現出低水平應力、較長平臺期優點,資產泡沫鋁平臺應力由資產泡沫胞元的失效機制決定,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。閉孔資產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 抬高了資產泡沫鋁金屬材料的平臺應力,外加應力必須克服初始空氣壓力P0,從而達至資產泡沫鋁胞壁屈曲條件,從理論上預測,此時所需的外加應力可表示為:

式中:為平臺應力為資產泡沫鋁胞壁金屬材料的彈性模量,MPa;Patm 為1 標準大氣壓力,MPa [10]。

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

式中:σ為后續壓潰平臺應力,MPa;ε 為應變。在資產泡沫鋁胞元內部結構出現塑性破

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力。則力此時名義應力σP 表示為因為即得

在電動汽車內部結構設計中,主要就考慮資產泡沫鋁金屬材料的限制最大值應力或平臺應力,較低的應力值更容易滿足電動汽車吸能內部結構的設計要求。氣體從資產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泡沫鋁金屬材料應變率效應的重要因素之一。在低應變率100 ~102 s-1壓縮試驗中,低孔隙率的閉孔資產泡沫鋁金屬材料的力學性能基本上不受應變率影響。試驗結果表明,在102 ~104 s-1 應變率和104 ~106 s-1 應變率的試驗中,低孔隙率(約50%~70%)的資產泡沫鋁金屬材料在壓縮試驗中,其壓縮性能明顯受到應變率影響。但對于高孔隙率(大于70%)的資產泡沫鋁金屬材料在試驗中表現出基本不受應變率影響的優點[11-14]。激光切割機鋁橫梁

內部結構預測與強化設計

對sUV 目標車的最優化數學模型展開前部對撞預測,并與實車對撞試驗展開比對驗證,對撞試驗80 ms 時和對撞結束后底盤形變如圖1 所示。側碰出現時主要就的承力和形變內部結構包括車窗內部玻璃鋼、B 柱、準入門檻橫梁,地板第一橫梁和第二橫梁內部玻璃鋼等,這些內部結構稀釋了側碰中產生的大部分對撞能。在對撞試驗中,準入門檻橫梁為主要就承力內部玻璃鋼,其形變嚴重,在對撞出現0.04 s 時y 向最大形變量達至174.0 mm,準入門檻橫梁中部向主駕駛位置入侵。由于準入門檻橫梁過早出現彎曲,導致底部車架傳遞能量無法發揮效能,因而有必要展開內部結構強化,明顯改善準入門檻橫梁內部結構傳遞能量的能力。激光切割機鋁橫梁

圖1 最優化數學模型對撞模擬預測與實車對撞試驗對照

以側碰中主要就承力內部玻璃鋼準入門檻橫梁為主要就強化設計目標,根據模擬計算結果展開強化設計,對加強板4 和8 作刪減處理,其它部分內部結構厚度展開強化設計。資產泡沫鋁A43EI235E內部結構具有較強的稀釋對撞能的能力,在準入門檻橫梁中分散布置資產泡沫鋁A43EI235E內部結構,既能增加內部結構剛度又能稀釋更多對撞能。將資產泡沫鋁A43EI235E內部結構安裝到準入門檻橫梁中,準入門檻橫梁內部結構與位置如圖2 所示。資產泡沫鋁A43EI235E內部結構由厚度為1.0 mm 的薄壁鋁管和密度為0.30 g/cm3 的資產泡沫鋁組合而成,單件A43EI235E內部結構質量為127.7 g,資產泡沫鋁A43EI235E內部結構以粘結方式連接到準入門檻橫梁中。對準入門檻橫梁部分內部結構展開厚度強化和內部結構刪減,最終強化方案共減重761.2 g,以下強化方案車型稱為吸能式底盤。

圖2 準入門檻橫梁充填資產泡沫鋁A43EI235E內部結構強化方案

最優化數學模型模擬計算

對舊款和吸能式底盤分別展開最優化模擬計算,以3 種相同速率展開對撞預測,科學研究內部結構入侵量和最大角速率最大值形變規律,以準入門檻橫梁相對座椅中點的入侵量變化和座椅中點角速率最大值為指標展開對照。激光切割機鋁橫梁

3.1 20 km/h 速率對撞結果預測

分別對舊款和吸能式底盤展開20 km/h 速率對撞模擬預測,對照預測座椅中點的最大角速率最大值,結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,突顯了資產泡沫鋁A43EI235E內部結構優良的抗撞性能。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的入侵量對照如圖3b 所示。

圖3 20 km 速率對撞兩車模擬預測結果對照

3.2 50 km/h 速率對撞結果預測

分別對舊款與吸能式底盤展開50 km/h 速率對撞模擬預測,結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%。兩車座椅中點的角速率最大值時序對照如圖4a 所示,吸能式底盤角速率最大值整體表現平穩,基本保持在較低水平波動。激光切割機鋁橫梁

對照預測兩車窗檻橫梁在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的入侵量時序對照如圖4b 所示。結果表明,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測結果對照

3.3 80 km/h 速率對撞結果預測

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

圖5 80 km 速率對撞兩車模擬預測結果對照

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%。

預測對照舊款和吸能式底盤準入門檻橫梁相對座椅中點在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 對撞結果對照預測

對20 km/h、50 km/h、80 km/h 速率對撞時的各項數據展開對照預測,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,對撞結果數據見表1[11]。激光切割機鋁橫梁

在駕駛座一側B 柱下方取點B 作為參考點;在駕駛座一側A 柱下方取點C 作為參考點。吸能式底盤在最優化數學模型模擬對撞中,底盤動能的下降比舊款快,資產泡沫鋁A43EI235E內部結構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。

吸能式底盤準入門檻橫梁相對座椅中點在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,呈現出良好的增加角速率最大值的效用,充分發揮了資產泡沫鋁內部結構的吸能優勢,良好地提升了底盤抗撞性能。激光切割機鋁橫梁

表1 20 km/h、50 km/h、80 km/h 對撞中各項數據對照

結論

透過對一款實例車型展開強化設計,科學研究了相同速率對撞工況下,資產泡沫鋁A43EI235E內部結構對電動汽車側碰安全可靠性能的影響規律,以橫梁相對座椅中點的入侵量和座椅中點角速率最大值為指標對舊款與吸能式底盤展開了對照科學研究。

(1)透過最優化數學模型模擬計算預測與試驗相結合,科學研究了資產泡沫鋁A43EI235E內部結構在相同速率對撞中,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,資產泡沫鋁A43EI235E內部結構均能發揮良好的作用,大幅度增加了底盤的入侵量。

(2)資產泡沫鋁A43EI235E內部結構使座椅中點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%。

對底盤展開強化設計,將資產泡沫鋁A43EI235E內部結構充填到準入門檻橫梁中,增加了對撞入侵量并增加了角速率最大值,達至了提升電動汽車側碰安全可靠性和底盤輕量化的目的,可為電動汽車開發人員提供參考。

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