商用車前下防護(hù)安全性能分析

張德偉，李冰，孔雪，祝哮，孫巍，尚帥濤

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商用車前下防護(hù)安全性能分析

張德偉，李冰，孔雪，祝哮，孫巍，尚帥濤

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003）

文章對某商用車鋁合金前下防護(hù)依據(jù)GB26511-2011對其進(jìn)行安全性能進(jìn)行分析，分析借助CAE的仿真手段，通過分析初版數(shù)據(jù)結(jié)果，探究其不滿足標(biāo)準(zhǔn)的原因，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后其安全性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。前下防護(hù)采用鋁合金材質(zhì)既可以實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)，同時(shí)也能滿足其安全性能目標(biāo)。通過CAE技術(shù)可以提高試驗(yàn)通過率，從而降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期。

前下防護(hù)；安全性能；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；滿足標(biāo)準(zhǔn)

前言

隨著我國汽車保有量的快速增加，交通事故也不斷攀升，尤其是小型車輛與商用車發(fā)生正面碰撞事故，小型車輛很多時(shí)候被卷入到商用車下部而造成車毀人亡的嚴(yán)重后果，為此我國國家發(fā)展與改革委員會發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)GB26511-2011，強(qiáng)制規(guī)定了商用車前下部防護(hù)裝置的安全性能要求。

隨著我國生態(tài)環(huán)境政策的不斷完善和商用車排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，汽車的輕量化已成為大勢所趨。鋁合金密度低，成型性能優(yōu)良，可回收利用率高，鋁合金作為輕量化材料已經(jīng)逐步應(yīng)用在汽車領(lǐng)域。

某商用車前下防護(hù)采用鋁合金擠壓型材，實(shí)現(xiàn)輕量化的目標(biāo)，同時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)GB26511-2011對其進(jìn)行安全性能優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，通過分析仿真結(jié)果及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)，盡可能避免通過實(shí)物樣件試驗(yàn)不合格后再進(jìn)行改進(jìn)的弊端，從而降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期，提升客戶滿意度。

1 法規(guī)解析

1.1 加載點(diǎn)位置

GB26511-2011《商用車前下部防護(hù)要求》法規(guī)適用于安裝在N2和N3類車輛上的下部防護(hù)裝置。加載點(diǎn)的位置P1,P2,P3的示意圖如圖1，P1點(diǎn)位于距離前軸輪胎最外側(cè)相切的縱向平面200mm處；P2點(diǎn)對稱于車輛的縱向中心平面兩側(cè)，相互之間的距離為700mm-1200mm；P3點(diǎn)位于車輛的縱向中心平面上。P1,P2,P3點(diǎn)位于前下防護(hù)橫向構(gòu)件的外表面上，且處于同一水平面內(nèi)。

圖1 加載點(diǎn)位置示意圖

1.2 加載及標(biāo)準(zhǔn)

加載面為矩形截面，加載面的高度為150mm，寬度為150mm（不大于400）。加載示意圖如圖2所示，加載點(diǎn)承載力標(biāo)準(zhǔn)要求如表1所示。

圖2 加載示意圖

表1 車門框變形

2 初版數(shù)據(jù)結(jié)果分析

2.1 P1點(diǎn)結(jié)果分析

前下防護(hù)在P1點(diǎn)的變形及承載力與位移曲線如圖3所示，加載裝置到達(dá)34.3mm時(shí)，P1點(diǎn)的承載力最大為72.7KN，低于標(biāo)準(zhǔn)值（80KN），不滿足法規(guī)要求。

圖3 P1點(diǎn)變形及承載力位移曲線圖

2.2 P2點(diǎn)結(jié)果分析

前下防護(hù)在P2點(diǎn)的變形及承載力與位移曲線如圖4所示，加載裝置到達(dá)20.9mm時(shí)，P2點(diǎn)的承載力最大為128.7KN，低于標(biāo)準(zhǔn)值（160KN），不滿足法規(guī)要求。

圖4 P2點(diǎn)變形及承載力位移曲線圖

2.3 P3點(diǎn)結(jié)果分析

前下防護(hù)在P3點(diǎn)的變形及承載力與位移曲線如圖5所示，加載裝置到達(dá)25.8mm時(shí)，P3點(diǎn)的承載力最大為76.9KN，低于標(biāo)準(zhǔn)值（80KN），不滿足法規(guī)要求。

圖5 P3點(diǎn)變形及承載力位移曲線圖

通過分析可知，前下防護(hù)在P1、P2、P3點(diǎn)的承載能力都不滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，需要對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)目前結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化并進(jìn)一步的分析。

3 優(yōu)化方案

3.1 原因分析

P1點(diǎn)主要加載在橫梁的懸臂結(jié)構(gòu)處，斜支架起到主要支撐作用，但此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的斜支架與橫梁的搭接位置靠近端點(diǎn)，遠(yuǎn)離了加載位置點(diǎn)，在加載過程中不能很好的支撐效果，最終導(dǎo)致P1點(diǎn)的承載能力不能滿足法規(guī)要求。斜支架的設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 斜支架結(jié)構(gòu)示意圖

P2點(diǎn)主要加載在連接支撐件中心處，橫梁和連接支撐件起到主要作用。橫梁內(nèi)部兩條加強(qiáng)筋變形較早，結(jié)構(gòu)偏弱；連接支撐件要有足夠的強(qiáng)度保證加載裝置的侵入，但此連接支撐件的“口”字形結(jié)構(gòu)承載能力低，在加載過程中其強(qiáng)度無法支撐住前端侵入導(dǎo)致承載力下降，最終導(dǎo)致P2點(diǎn)的承載能力無法達(dá)到法規(guī)要求。P2點(diǎn)變形截面示意圖設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 “口”字形及P2點(diǎn)變形截面示意圖

P3點(diǎn)主要加載在橫梁中心處，橫梁的跨度和自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起主導(dǎo)作用。車輛的前期總布置決定了橫梁跨度，在后期一般不可變動(dòng)，所以橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就決定了P3點(diǎn)的承載能力。在加載中橫梁內(nèi)部兩條加強(qiáng)筋變形較早，使得橫梁的抗彎能力降低，最終使得P3點(diǎn)的承載能力無法達(dá)到法規(guī)要求。P3點(diǎn)變形截面示意圖設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖8 P3點(diǎn)變形截面示意圖

3.1 優(yōu)化方案

針對P1、P2、P3點(diǎn)無法滿足標(biāo)準(zhǔn)的原因，綜合考慮P1、P2、P3點(diǎn)相關(guān)的關(guān)鍵部件及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對其下防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化方案具體說明如表2所示。

表2 優(yōu)化方案

4 優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)果分析

表3 優(yōu)化方案承載力

圖10 優(yōu)化P2點(diǎn)變形及承載力位移曲線圖

圖11 優(yōu)化后P3點(diǎn)變形及承載力位移曲線圖

下防護(hù)經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，前下防護(hù)在P1、P2、P3點(diǎn)的承載能力都能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，其承載力及位移大小如表3，其變形及承載力位移曲線如圖9、10、11所示。

5 結(jié)論

依據(jù)GB26511-2011對某商用車下防護(hù)進(jìn)行承載力分析，分析初版數(shù)據(jù)結(jié)果，探究其不滿足標(biāo)準(zhǔn)的原因并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化后滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（1）從初版數(shù)據(jù)仿真結(jié)果看，前下防護(hù)在P1、P2、P3點(diǎn)的承載能力都不滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，需要對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

（2）下防護(hù)經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，前下防護(hù)在P1、P2、P3點(diǎn)的承載能力都能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）前下防護(hù)采用鋁合金材質(zhì)既可以實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)，同時(shí)也能滿足其安全性能。

[1] 孫元,宋愷,李軍領(lǐng).基于歐標(biāo)法規(guī)的重卡前下防護(hù)輕量化設(shè)計(jì)[J]. 汽車實(shí)用技術(shù),2017(4):32-33.

[2] 張麗,朱兵強(qiáng),劉婷,等.基于Radioss的某商用車前防護(hù)碰撞分析與改進(jìn)[J].汽車實(shí)用技術(shù),2017(24).

[3] 王軍,孫志剛,韓魁.商用車前下部防護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].重型汽車, 2017(6).

The Safety Performance Analysis of Front Underrun Protection for commercial vehicle

Zhang Dewei, Li Bing, Kong Xue, Zhu Xiao, Sun Wei, Shang Shuaitao

( Liaoning Zhongwang Group Co. Ltd., Liaoning Shenyang 111003 )

This paper analyzes the safety performance of aluminum alloy front underrun protection for commercial vehicle according to GB26511-2011.By analyzing the results of the first version of the data by CAE technology, this paper studies the reasons why it does not meet the standards. After structural optimization, its safety performance satisfy criteria The aluminum alloy material can not only achieve the lightweight target, but also meet its safety performance target.By CAE technology, the passing rate of test can be improved, so as to reduce the design cost and shorten the design time.

Front underrun protection; Safety performance; Structure optimization; Satisfy criteria

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1671-7988(2018)18-135-03

U467

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1671-7988(2018)18-135-03

CLC NO.: U467

張德偉（1981-），男，山東泰安人，工程師，就職于遼寧忠旺集團(tuán)有限公司。從事CAE技術(shù)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.046