混合可靠性技術(shù)在車輛設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

傅家豪（西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，四川　郫縣　610039）

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混合可靠性技術(shù)在車輛設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

傅家豪
（西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，四川郫縣610039）

摘要：在車輛設(shè)計(jì)中，保證設(shè)計(jì)的可靠性是非常重要的，這需要在車輛設(shè)計(jì)的過(guò)程中切實(shí)將相關(guān)的可靠性技術(shù)運(yùn)用其中?；旌峡煽啃约夹g(shù)近些年在車輛設(shè)計(jì)中的運(yùn)用不斷增多，對(duì)提升車輛設(shè)計(jì)各個(gè)方面的可靠性起到了非常顯著的作用?；诖耍疚木蛷年P(guān)鍵零部件的振動(dòng)可靠性、正面碰撞安全可靠性、側(cè)面碰撞安全可靠性等方面逐一分析了混合可靠性在車輛設(shè)計(jì)中的實(shí)際運(yùn)用，希望可以對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)人員起到一定參考作用。

關(guān)鍵詞：混合可靠性；車輛設(shè)計(jì)；運(yùn)用

0　引言

車輛的可靠性雖然是一個(gè)較為整體的概念，但是其實(shí)際上是由多個(gè)不同的部分所組成的，通過(guò)對(duì)這些部分進(jìn)行分拆，注意明確不同部分在設(shè)計(jì)上的可靠性控制，對(duì)于提升車輛設(shè)計(jì)的水平具有極其重要的意義。對(duì)于車輛而言，振動(dòng)和碰撞是衡量其可靠性的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此需要在這兩個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)混合可靠性技術(shù)的運(yùn)用。

1　車輛設(shè)計(jì)中關(guān)鍵零部件振動(dòng)特性可靠性

在車輛的行駛過(guò)程中，不論是加速還是減速，抑或是路面狀況，都會(huì)使得車輛在橫向、縱向和垂向都出現(xiàn)振動(dòng)情況。由此，車輛的各個(gè)零部件在這種狀態(tài)下就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)，造成零部件磨損或是破壞。因此，需要加強(qiáng)車輛零部件在振動(dòng)方面的可靠性，使其在面對(duì)振動(dòng)時(shí)能夠保持良好的穩(wěn)定狀態(tài)。混合可靠性技術(shù)對(duì)于車輛零部件振動(dòng)可靠性分析而言具有較為顯著的作用，因?yàn)槠渚C合性較高，能夠?qū)Χ鄠€(gè)零部件形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)。進(jìn)行振動(dòng)分析，需要明確振動(dòng)實(shí)驗(yàn)條件及對(duì)應(yīng)方法，正弦定頻實(shí)驗(yàn)和正弦掃頻實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行振動(dòng)分析的兩個(gè)主要實(shí)驗(yàn)，前者是在固定的頻率段對(duì)定量進(jìn)行正弦振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，主要有加速度或位移這些指標(biāo)，其對(duì)于考核試件的耐震強(qiáng)度以及抗震能力具有重大意義。后者是在一定的頻率范圍內(nèi)，通過(guò)定量在一定速率下對(duì)該頻率范圍進(jìn)行掃頻。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出相關(guān)的數(shù)據(jù)之后，就可以建立對(duì)應(yīng)的振動(dòng)特性分析模型，首先，需要確保模型能夠?qū)崿F(xiàn)高效率計(jì)算，這需要結(jié)合單元尺寸具體確定。其次，在高計(jì)算效率的基礎(chǔ)上，應(yīng)該確保模型能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的幾何特征以及力學(xué)特性形成真實(shí)反映，并且保證連接方式的準(zhǔn)確沒(méi)，材料參數(shù)精確，網(wǎng)格劃分合理等。之后就可以進(jìn)行可靠性分析，第一步需確定不確定變量，根據(jù)對(duì)象材料實(shí)際，可將密度、彈性模量、厚度等作為不確定變量，然后進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)橢球凸模型對(duì)材料參數(shù)波動(dòng)進(jìn)行描述，再通過(guò)功能函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)可靠性的分析，明確失效概率等。

2　車輛設(shè)計(jì)中正面碰撞安全可靠性

車輛在實(shí)際使用中，遭遇的最大問(wèn)題就是出現(xiàn)碰撞，每年因?yàn)榕鲎彩鹿试斐傻娜藛T傷亡數(shù)量不斷上升，對(duì)社會(huì)穩(wěn)定造成了較大干擾。因此，需要在車輛設(shè)計(jì)的階段，通過(guò)混合可靠性技術(shù)對(duì)車輛正面碰撞的安全可靠性進(jìn)行分析，提升其安全程度。正面碰撞是車輛碰撞中最為嚴(yán)重的形式，其對(duì)人體造成的傷害往往是最大的。目前許多國(guó)家都對(duì)正面碰撞的安全性要求作出了相關(guān)規(guī)定，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，就需要在這些規(guī)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行可靠性分析。首先，需要建立正面碰撞的數(shù)值模型，通過(guò)HYPERMESH軟件將三維模型導(dǎo)入其中，然后在之中進(jìn)行劃分網(wǎng)格、選擇材料、設(shè)置單元屬性、確定邊界條件等操作。在進(jìn)行碰撞計(jì)算時(shí)，可以通過(guò)LS-DYNA的對(duì)稱懲罰函數(shù)進(jìn)行，其由于較為簡(jiǎn)單的關(guān)系，能夠?qū)⑸陈┬?yīng)控制在最小范圍內(nèi)，保證計(jì)算精度。在計(jì)算過(guò)程中，需要對(duì)接觸進(jìn)行大量定義，其主要涉及到點(diǎn)面接觸、面面接觸、單面接觸等類型。由于實(shí)際碰撞的接觸情況較為復(fù)雜，因此在進(jìn)行模擬的過(guò)程中，通過(guò)人工形式判斷單元發(fā)生接觸的方向是比較困難的。因此，需要在接觸模擬計(jì)算中采取更加可靠的方式，如CONTACT-AUTOMATIC-SINGLE-SURFA CE。之后進(jìn)行正面碰撞的耐撞性分析，這是保證車輛和人員安全的關(guān)鍵。根據(jù)實(shí)際，人員出現(xiàn)傷亡的最大原因是人與車輛產(chǎn)生碰撞，其屬于二次碰撞。因此，弱化二次碰撞，對(duì)于保證人人員安全極其重要。在進(jìn)行車輛設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)人員約束系統(tǒng)和車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化，通過(guò)約束系統(tǒng)和車身結(jié)構(gòu)，盡可能吸收來(lái)自一次碰撞產(chǎn)生的能量，使二次碰撞的能量盡可能減小，使傳導(dǎo)人員身上的能量不足以對(duì)其造成較大傷害。通過(guò)混合可靠性分析，可以通過(guò)B柱加速度、方向盤侵入量以及能量變化這三種手段實(shí)現(xiàn)能量吸收。因此，在進(jìn)行車輛設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)這三種方法進(jìn)行合理搭配使用，最大程度將車輛的正面碰撞性能提升到最高。

3　車輛設(shè)計(jì)中側(cè)面碰撞的安全可靠性

相較于正面碰撞而言，側(cè)面碰撞也是車輛在實(shí)際中較為常發(fā)的一類安全問(wèn)題。其造成的人員傷亡和正面碰撞不相上下。側(cè)面碰撞和正面碰撞存在較為顯著的區(qū)別，主要是發(fā)生接觸的方向和能量傳遞方式的不同。在進(jìn)行車輛側(cè)面碰撞安全可靠性分析的時(shí)候，需要建立對(duì)應(yīng)的數(shù)值分析模型，這需要對(duì)車輛結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)行3D數(shù)模和3D焊點(diǎn)，明確對(duì)側(cè)面碰撞存在較大影響的零部件。然后根據(jù)側(cè)面碰撞的特點(diǎn)和流程，可以將這些零部件劃分薄壁結(jié)構(gòu)、底盤和動(dòng)力總成、車身附件三類。薄壁結(jié)構(gòu)涉及到加強(qiáng)板、門檻以及B柱等部件，在側(cè)面碰撞時(shí)是產(chǎn)生形變的主要部件。底盤和動(dòng)力總成在出現(xiàn)側(cè)面碰撞時(shí)不會(huì)發(fā)生太大變形，其對(duì)剛度和質(zhì)量的要求較高，并且不能忽略其慣性特性。車身附件吸收形變能量的性能較差，但是其質(zhì)量較大，因此會(huì)對(duì)側(cè)面碰撞運(yùn)動(dòng)特性產(chǎn)生較大影響。之后可以車輛碰撞的耐撞性進(jìn)行分析，通過(guò)實(shí)踐可以得知對(duì)人體造成傷害的主要是侵入車內(nèi)的側(cè)面結(jié)構(gòu)，而側(cè)面結(jié)構(gòu)的侵入程度、侵入速度和受傷程度這三者之間均成線性關(guān)系。所以，在進(jìn)行車輛設(shè)計(jì)的過(guò)程中，就需要對(duì)強(qiáng)化側(cè)面結(jié)構(gòu)的抗變形能力進(jìn)行強(qiáng)化，使其能夠?qū)ψ冃文芰坑行?，盡量降低側(cè)面結(jié)構(gòu)的變形，保證車內(nèi)人員的安全。

4　結(jié)束語(yǔ)

在車輛設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)其安全可靠性加強(qiáng)分析和設(shè)計(jì)?；旌峡煽啃约夹g(shù)在對(duì)車輛進(jìn)行振動(dòng)安全可靠性以及碰撞安全可靠性分析上具有非常顯著的作用，因此需要通過(guò)該技術(shù)對(duì)不同情況下的車輛可靠性展開分析，然后針對(duì)性的加強(qiáng)設(shè)計(jì)，強(qiáng)化車輛性能。

參考文獻(xiàn)：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.225

作者簡(jiǎn)介：傅家豪（1993-），四川達(dá)州人，主要從事車輛設(shè)計(jì)和大學(xué)生成長(zhǎng)成才研究。