导航：安全管理网>> 安全论文>> 交通安全论文>>正文

保险杠安全性能仿真分析与试验研究

文档作者：徐中明徐小飞张志飞万鑫铭赵清江文档来源： 1．重庆大学 2．重庆大学机械工程学院 3．中国汽车工程研究院股份有限公司		点击数：	更新时间： 2021年05月08日
下载地址：点击这里	文件大小： 876.31 KB 共5页	文档格式： PDF	下载点数： 1 点（VIP免费）

全屏查看

内容预览 [文件共5页]

本文件共5页，如需编辑使用，请下载。

注：预览效果可能会出现部分文字乱码（如口口口）、内容显示不全等问题，下载是正常的。

	文件大小：876.31 KB 共5页文件格式：PDF 下载点数：1 点（VIP会员免费）

下一篇：安全气囊起爆模拟试验研究

上一篇：汽车刚性塑料安全玻璃材料试验方法介绍

文本预览

仅提取页面文字内容，供快速阅读使用。

2014年(第36卷)第3期
汽车工程
Automotive Engineering 2014(Vo1．36)No．3
保险杠安全性能仿真分析与试验研究木
2014056
徐中明 ，徐小飞 ，张志飞。，万鑫铭 ，赵清江
(1．重庆大学，机械传动国家重点实验室，重庆400030； 2．重庆大学机械工程学院，重庆400030；
3．中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆400030)
[摘要】 针对某乘用车原钢制保险杠低速碰撞变形大的问题和汽车轻量化设计的需求，新开发了铝合金保险
杠。分别建立了原钢制保险杠和新开发的铝合金保险杠的有限元模型，对其进行了三点静压仿真，并进行了试验验
证。结果表明，铝合金保险杠强度性能优于原钢制保险杠。通过台车碰撞仿真和试验，分析了两款保险杠的耐撞
性，相同工况下铝合金保险杠防撞梁的变形量和台车减速度值均小于钢制保险杠，其耐撞性优于原钢制保险杠。
关键词：轻量化；铝合金保险杠；三点静压试验；台车试验；耐撞性
Simulation and Experimental Study on Bumper Safety Performance
Xu Zhongraing ，Xu Xiaofei ，Zhang Zllifei ，Wan Xinming &amp;amp;Zhao Qingjiang
1．Chongqing University，State Key Lab ofMechanical Transmissions，Chongqing 400030；
2．College ofMechanical Engineenng，Chongqing University，Chongqing 400030；
3．China Automotive Engineenng Research Institute Co．，Ltd．，Chongqing 400030
[Abstract] In view of the large deformation of the original steel bumper under low—speed crash and the need
of vehicle lightweight design，a new aluminum alloy bumper is developed．The finite element models for both the Original
steel bumper and the newly developed aluminum alloy bumper are established，and the three—point static
loading simulation for both bumpers are conducted and verified by test．The results show that the strength perform—
ance of aluminum alloy bumper is higher than that of steel bumper．Th rough the simulation and real sled test，the
crashworthiness of two bumpers are analyzed，the results indicate that under the same condition，both the deform a—
tion of aluminum anti—collision beam and the deceleration of sled are smaller than those of steel bumper，and the
crashworthiness of aluminum alloy bumper is better than that of original steel bumper．
Keywords：lightweighting；aluminum alloy bum per；three-point static loading test；sled test；crashworthiness
日IJ吾
降低油耗、减少排放、提高安全性是当今全球汽
车工业都必须面对的问题。汽车轻量化是解决上述
问题的有效手段。研究显示，典型铝质零件一次减
质量效果可达30％ ～40％ ，二次减质量则可提高到
50％ ，而汽车每减质量10％ 可实现节油6％ ～
8％ [1-2]
。
保险杠系统是汽车低速碰撞时最主要的承载和
吸能构件，对保护汽车其它零部件和乘员安全起着
至关重要的作用。在满足功能要求的基础上，开发
质量更轻的铝合金保险杠正越来越受到汽车生产商
和研究人员的关注 J。文献[5]中根据SAE J2319
标准建立了用于研究轿车保险杠低速碰撞性能的摆
锤碰撞试验装置和仿真分析模型，通过计算机仿真
分析和试验研究，验证了摆锤低速碰撞试验的有效
性。文献[6]中将7075铝合金应用于汽车保险杠，
汽车车身先进设计制造国家重点实验室开放基金(31015011)资助。
原稿收到日期为2012年4月17日，修改稿收到日期为2012年6月18日。
学兔兔 www.xuetutu.com
学兔兔 www.xuetutu.com
徐中明，等：保险杠安全性能仿真分析与试验研究
模型的计算结果与试验结果吻合较好。运用Johnson
Cook材料本构模型能较好地表征6061一T6状态
铝合金的力学性能，有助于提高仿真分析的精度。
对上述保险杠模型进行连接，钢制保险杠实物
样件以点焊连接，仿真时用Beam单元模拟，并以
$CONTACT_ TIED— SHELL— EDGE— TO— SURFACE设
置焊点和壳单元之间的接触。铝合金保险杠实物样
件采用缝焊，仿真时以节点耦合方式模拟该处连接。
2 保险杠强度分析
保险杠的一个重要作用在于，无论在正面碰撞
或偏置碰撞条件下，碰撞力都能尽可能均匀地沿左
右吸能盒向后传递。据此分析，保险杠防撞梁须满
足一定的强度指标 。本文中通过三点静压仿真分
析和试验对防撞梁强度进行了分析，三点静压分析
示意图如图5所示。
图5 三点静压分析示意图
仿真分析前须设定边界条件，在Hypermesh中
对保险杠左右安装法兰盘施加全约束，在横梁正上
方建立直径152mm的刚性圆柱体作为压头，释放压
头 方向(加载方向)移动自由度，压头以1m／s的
速度加载，即强制使保险杠支架做向下位移100mm，
以模拟准静态过程。压头与防撞横梁之间采用自动
面面接触，保险杠自身采用自动单面接触，静摩擦因
数为0．15，动摩擦因数为0．1。将上述建好的模型
以key文件格式保存，并提交LS．DYNA计算。
三点静压试验在常温、常压下进行，试验设备包
括PLS—L50B4电液伺服构件试验系统和YE2539高
速静态应变仪，试验时压头加载速度为0．001m／s，
图6为铝合金保险杠三点静压试验现场照片。
以防撞梁静压支反力作为评价保险杠强度性能
的指标，仿真和试验所得的支反力一位移曲线如图7
所示。由图可知：钢制保险杠试验静压力峰值为
6．1kN，仿真静压力峰值为6．4kN，两者误差为
4．9％ ；铝合金保险杠试验静压力峰值为8．6kN，仿
堇
图6 铝合金保险杠三点静压试验
图7 压头支反力一位移曲线
真静压力峰值为9．4kN，两者误差为9．3％。其误差
均小于10％ ，从而验证了有限元模型的准确性。
结合图7曲线，对仿真和试验数据进行对比分
析：铝合金保险杠静压力峰值及其平均值均大于钢
制保险杠，可知铝合金保险杠前防撞梁在实际工况
下能承受更大的载荷；在变形量相同的条件下，铝合
金保险杠吸能也比钢制的多。可见新开发的铝合金
保险杠强度性能优于原钢制保险杠。
3 保险杠碰撞性能分析
国内外对保险杠低速碰撞都有严格的法规要
求。本文中参照美国IIHS-TEST试验规范，对两款
保险杠分别进行了台车正面100％重叠碰撞和40％
偏置碰撞仿真分析与试验 。
IIHS．TEST法规要求被测车辆以8km／h的速度
撞击固定安装的碰撞器。文中只对单独的保险杠零
件进行碰撞分析，结合实际试验条件，以台车碰撞试
验来研究两款保险杠的耐撞性能。试验用台车质量
为lt，考虑到与法规规定的试验工况能量等效，试验
时将台车加速到9km／h撞击固定安装的保险杠，通
过高速摄像仪记录碰撞过程，用加速度传感器测取
学兔兔 www.xuetutu.com
学兔兔 www.xuetutu.com
徐中明，等：保险杠安全性能仿真分析与试验研究 ·297·
合金保险杠具有更好的缓冲性能。
结合仿真结果，对保险杠耐撞性进行定量研究，
表2列出了钢制和铝合金保险杠各部件的吸能情
况：正面碰撞工况下，铝合金保险杠总吸能为
2．84kJ，比钢制保险杠增加7．2％ ；40％偏置碰撞工
况下，两款保险杠吸能总量基本相同，但铝合金保险
杠前防撞梁吸收了更多的碰撞能量，充分发挥了前
防撞梁的吸能潜力，有利于保护汽车后部结构；从单
位质量吸能来看，铝合金保险杠单位质量吸能明显
大于钢制保险杠，充分发挥了铝合金材料比吸能大
表2 两种碰撞工况下保险杠各部件吸能
左吸能盒 右吸能盒 防撞横梁 总吸 单位质量吸
吸能／kJ 吸能百分比／％ 吸能／kJ 吸能百分比／％ 吸能／l(J 吸能百分比／％ 能／kJ 能／(kJ／kg)
铝合金保险杠正面100％重叠碰撞 0．136 4．8 0．135 4．8 2．57 90．4 2．84 O．916
钢制保险杠正面100％重叠碰撞 0．213 8．0 0．175 6．6 2．26 85．4 2．65 0．589
铝合金保险杠正面40％偏置碰撞 0．475 19．2 0．010 O．4 1．99 8O．4 2．48 0．800
钢制保险杠正面4J0％偏置碰撞 0．756 30．4 0．O17 0．7 1．72 68．9 2．49 0．553
的特点，达到了轻量化开发的目的。
原钢制保险杠的质量为4．5kg，新的铝合金保险
杠质量为3．1kg。通过对新开发的铝合金保险杠和
原钢制保险杠的低速碰撞分析，可知铝合金保险杠
在减质量3l％的同时，拥有比原钢制保险杠更好的
碰撞吸能性。
4 结论
(1)通过高速拉伸试验数据拟合得到了Johnson
Cook材料本构模型，更好地表征了6061一T6状
态铝合金的力学性能，提高了仿真精度。
(2)通过三点静压仿真与试验，对比分析了两
款保险杠的强度性能。结果表明，铝合金保险杠静
压力峰值为9．4kN，大于钢制保险杠的6．4kN。可
见新开发的铝合金保险杠前防撞梁能够承受更大的
静载荷，强度性能优于钢制保险杠。
(3)通过台车碰撞仿真与试验对比，结果表明，
正面100％重叠碰撞下铝合金保险杠总吸能比钢制
保险杠增加7．2％ ，铝合金保险杠单位质量吸能明
显大于钢制保险杠，且前防撞梁变形量和台车减速
度值均小于钢制保险杠，新开发的铝合金保险杠耐
撞性能优于钢制保险杠。
参考文献
[1] 王智文．汽车轻量化技术发展现状初探[J]．汽车工艺与材料，
2009(2)：1—6．
[2] 陈长年．需要关注的汽车先进制造技术[J]．现代零部件，2010
(1)：38-41．
[3] 马鸣图，马露霞．铝合金在汽车轻量化中的应用及其前瞻技术
[J]．新材料产业，2008(9)：43—50．
[4] 蒋造云．汽车保险杠的轻量化设计[J]．材料开发与应用，2008
(10)：56—59．
[5] 顾力强，林忠钦，赵亦希，等．轿车保险杠低速碰撞试验研究
[J]．上海交通大学学报，2003，37(1)：137—140．
[6] 刘海江，张夏，肖丽芳．基于1．S·DYNA的7075铝合金汽车保险
杠碰撞仿真分析[J]．机械设计，2011，28(2)：l8—22．
[7] Kim Sang-Ha，Hoon Myung，Ha Sung Kyu．Design and Structural
Analysis of Bumper for Automobiles[C]．SAE Paper 9801 14．
[8] Kim Soo—Sang，Lee Kang-Wook，Lee Dong-Hyun，et a1．Bumper
System Development to Meet New IIHS Bumper Test Using CAE
and Optimization[C]．SAE Paper 2009-01-0962．
[9] 葛如海，王群山．缓冲吸能式保险杠的低速碰撞试验和仿真
[J]．农业机械学报，2006，37(2)：29—32．
[1O] 程秀生，刘维海，郝玉敏，等．某轿车保险杠横梁结构抗撞性优
化[J]．汽车技术，2011(1O)：5-9．

网友评论 more

交通安全论文最新内容

02-21