• <tr id="yyy80"></tr>
  • <sup id="yyy80"></sup>
  • <tfoot id="yyy80"><noscript id="yyy80"></noscript></tfoot>
  • 99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

    電動車仿生鋁防撞梁耐撞性設(shè)計

    2019-04-06 12:31:04張友國宋小文李卓富楊飛飛
    汽車工程學(xué)報 2019年2期
    關(guān)鍵詞:防撞橫梁胚胎

    張友國,宋小文,李卓富,楊飛飛

    (1.愛馳汽車(上海)有限公司,上海 201821;2.浙江大學(xué),杭州 310058;3.浙江零跑科技有限公司,杭州 310051)

    電動汽車受限于電池儲能量,續(xù)航能力飽受消費者質(zhì)疑。車越輕,續(xù)航里程越大,電動汽車的競爭力也越大。鋁質(zhì)防撞梁因輕量化效果明顯且在汽車正面碰撞中的碰撞性能優(yōu)異,在Audi A8、Bentley Bentayga、Alfa Romeo Giulia等中高端車型上應(yīng)用廣泛。越來越多的研究致力于鋁防撞梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化,而仿生結(jié)構(gòu)的應(yīng)用更是一個重點。

    徐中明等[1]運用Optistruct法對鋁合金防撞梁截面進行拓?fù)鋬?yōu)化,確定防撞梁在靜態(tài)受載荷情況下的最優(yōu)截面形狀為“日”字形,鋁合金防撞梁減重效果達到38.4%。WANG Dengfeng等[2]研究了“日”字形和“目”字形鋁防撞橫梁的剛度和耐撞性,得出后者的性能更優(yōu),但重量更大。TAO Xu等[3]將蒲草、竹子等仿生截面應(yīng)用在前防撞梁和吸能盒上,吸能效果明顯。ZHANG Linwei等[4]研究了甲殼蟲殼表面的多邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),設(shè)計了18種仿生多孔管的防撞梁吸能盒結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)八角形的多孔管防撞梁吸能盒碰撞效果最好。

    受仿生結(jié)構(gòu)優(yōu)化碰撞性能的啟發(fā),在汽車鋁防撞橫梁設(shè)計中引入4種生物仿生結(jié)構(gòu),利用CAE汽車碰撞模擬仿真法,研究仿生截形的鋁防撞梁提升耐撞性的可行性,并通過對比不同仿生截形的變化分析對性能提升的影響。

    1 前碰理論

    在汽車正面全寬高速碰撞試驗中,碰撞過程能量守恒,大部分動能轉(zhuǎn)化為車身鈑金的變形能。

    式中:E為正面碰撞能量,kJ;m為質(zhì)量,kg;v0為碰撞初速度(約為50 km/h);F為碰撞載荷,N;v為過程速度,m/s;t為碰撞時間,s;T為總的碰撞時間,s。

    前置前驅(qū)電動汽車前部主要部件的典型布置,如圖1所示,前艙內(nèi)硬點主要是電機、變速器和控制模塊。與傳統(tǒng)汽油車相比,電動汽車動力總成所占用的空間較小,前部變形空間較大。汽車碰撞時主要有4個壓潰變形空間,分別為S1、S2、S3和S4。理想情況下,4個變形區(qū)依次壓潰,S1壓潰后,分別到S2、S3和S4。截面力F1<F2<F3<F4,平均加速度a1<a2<a3<a4。

    圖1 前置前驅(qū)電動汽車前部主要部件的典型布置

    B柱加速度是衡量汽車碰撞安全性的重要參數(shù)。它關(guān)乎乘員碰撞時受到的傷害值,以及安全氣囊點爆時間。正面碰撞時典型的B柱加速度曲線,如圖2所示,圖中4個峰值a1max、a2max、a3max、a4max分別和圖1中的4個壓潰變形區(qū)間對應(yīng)。

    圖2 典型正面碰撞B柱加速度曲線

    2 仿真模型

    2.1 不同仿生截面

    為了探究仿生截面對防撞梁的影響,從自然界典型的承力結(jié)構(gòu)中借鑒了梯度形、蝸牛殼形、蜘蛛網(wǎng)形和胚胎球形得到4種不同的截面B、C、D、E方案,并與對照組A進行對比(圖3)。這4種仿生截面保留了生物體原有的基本特征,并進行抽象和重構(gòu)。

    梯度形設(shè)計是生物材料普遍采用的基本性能優(yōu)化策略之一,可獲得梯度變化的力學(xué)性能,實現(xiàn)局域剛度、強度與韌性的優(yōu)化分布和相互匹配[5-6];蝸牛殼作為蝸牛的“房子”,能承受比自重大2200倍的壓力,為蝸牛免受其它生物的傷害和沖擊提供了有力的保護[7],這和貝殼仿生結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性類似[8];蜘蛛網(wǎng)所具有的獨特幾何外形,具有較高的強度和柔性[9];胚胎球形是大部分卵生動物或哺乳動物在母體胚胎時的形態(tài),當(dāng)受到?jīng)_擊時,能最大程度地分散吸收的能量以減少損傷[10]。

    圖3 防撞橫梁仿生截面

    2.2 建模和仿真

    本模型基于一款兩座高速電動汽車的工況進行分析,整備質(zhì)量約為933 kg,防撞梁中心線離地間隙h= 455 mm,模擬正面碰撞速度為50 km/h,壁障等碰撞模型依據(jù)GB 11551—2014汽車正面碰撞的乘員保護,如圖4所示。

    圖4 簡化的正面碰撞模型

    側(cè)重探究了鋁合金防撞梁仿生截面對汽車全寬正面碰撞(FFB)的影響。為了減少弱相關(guān)因素的影響,簡化了模型:選擇x向長度D1=200 mm的前防撞梁總成,以及前縱梁D1=400 mm長的數(shù)據(jù)作為碰撞零件,將車體其它部分簡化為一個長方體。分析時重點關(guān)注前防撞梁和縱梁前段變形區(qū)壓潰的仿真結(jié)果。

    在偏置碰撞(ODB)工況下,良好的防撞橫梁剛度能使碰撞力較均勻地傳遞到左右前縱梁,從而對碰撞結(jié)果產(chǎn)生積極影響。因此,同時建立了三點彎曲模型對防撞橫梁的靜態(tài)剛度進行分析,如圖5所示。

    式中:k為彎曲剛度,N/mm;F=1000 N為施加在橫梁上的作用力;δ為由力產(chǎn)生的最大位移,mm。

    圖5 防撞橫梁三點彎曲模型

    利用Hypermesh軟件建立有限元模型,零部件網(wǎng)格主要采用四邊形殼單元模擬,網(wǎng)格平均尺寸為5 mm;防撞梁總成內(nèi)部的縫焊連接采用Rigid單元模擬,防撞梁總成和縱梁之間的螺栓連接也采用Rigid單元模擬,縱梁內(nèi)板和縱梁外板之間的點焊焊接采用六面體單元模擬。使用Radioss軟件進行非線性求解,各主要零件的力學(xué)性能參數(shù)見表1。

    表1 各主要零件的力學(xué)性能參數(shù)

    2.3 仿真結(jié)果和分析

    分別對對照組防撞梁和4種仿生截面防撞梁對應(yīng)的模型在同等計算條件下進行求解。

    從碰撞變形來看,方案A、方案B、方案E的防撞橫梁兩端完全壓潰,而方案C、方案D的防撞橫梁兩端并未完全變形;從碰撞橫梁中間區(qū)域的位移量來看,方案A和方案E的位移量最大,方案B的位移量最小,不同截面防撞梁的碰撞變形如圖6所示。從彎曲剛度的計算結(jié)果來看,如圖7所示,方案A的彎曲剛度最小,方案B和方案E的彎曲剛度相差不大,方案C和方案D的彎曲剛度最大,基本和正面碰撞時橫梁的變形模式吻合。

    圖6 碰撞15 ms時的變形圖

    圖7 防撞橫梁的彎曲剛度

    如圖8所示,曲線為5個方案碰撞壓潰過程中的防撞橫梁吸能量。分析5條吸能曲線,總吸能量大小順序為:梯度形> 蜘蛛網(wǎng)形>胚胎球形>蝸牛殼形>對照模型。

    5個方案碰撞前20 ms的B柱加速度變化曲線如圖9所示。圖中B柱加速度達到最大時,是吸能盒壓潰后的加速度值。根據(jù)工程經(jīng)驗值,在前20 ms防撞梁壓潰的過程中,B柱加速度值在275~343 m/s2之間比較理想。過大,則對乘員傷害加大;過小,則影響安全氣囊的及時點爆。

    圖8 防撞橫梁吸能量

    對比碰撞過程,分析圖9的加速度曲線可以發(fā)現(xiàn),方案A和方案B的峰值都超過了343 m/s2,而方案C、方案D和方案E的峰值都在理想?yún)^(qū)間內(nèi)。從壓潰需要的時間來看,梯度形壓潰時間最長,而對照模型壓潰時間最短。

    圖9 碰撞前20 ms的B柱加速度變化曲線

    對于防撞梁方案優(yōu)劣的評估,最重要的4個評估因素分別是輕量化、B柱加速度、吸能量大小和橫梁彎曲剛度。5個方案的評估參數(shù)見表2。

    表2 A~E方案的評估參數(shù)

    根據(jù)統(tǒng)計學(xué)方法,將各評估參數(shù)的工程數(shù)值依照線性一次方程量化為得分:質(zhì)量從1.5 kg到3 kg得分分別為10~6分;綜合車身結(jié)構(gòu)耐撞性以及約束系統(tǒng)匹配要求,設(shè)定加速度在275~343 m/s2評為10分,343~392 m/s2得分分別為10~6分,245~275 m/s2得分分別為6~10分;結(jié)合前防撞梁吸能量對碰撞的影響,設(shè)定吸能量4.5~10 kJ得分分別為6~10分,吸能3~4.5 Jk得分分別為3~6分;結(jié)合彎曲剛度對偏置碰撞時均勻分配力的影響,設(shè)定剛度值0~6000 N/mm得分分別為0~6分,剛度值6000 ~18000 N/mm得分分別為6~10分。

    建立數(shù)學(xué)模型。對于多變量的方程,如式(3)所示。

    式中:Y是方案的綜合得分,滿分是10分;自變量X1、X2、X3、X4分別為質(zhì)量、加速度、防撞橫梁吸能量和彎曲剛度的得分;a、b、c、d則是相關(guān)性系數(shù),根據(jù)本項目的偏好與側(cè)重點,取值分別定義為35%、20%、30%和15%。各方案的綜合得分見表3。

    表3 A~E方案的綜合得分

    由表3可知,方案E的綜合得分最高,為8.57分,在幾個仿生截面中最符合本項目的設(shè)計目標(biāo)要求。與對照組-口字形防撞梁相比,E方案質(zhì)量增加18%,防撞橫梁吸能量增加37%,最大加速度降低13.8%為314.5 m/s2,在理想目標(biāo)區(qū)間內(nèi)的彎曲剛度則提升16.3%。

    3 胚胎球形的進一步分析

    3.1 不同球形數(shù)量和排布對碰撞的影響

    以上研究對比了4種仿生截面對防撞梁的正面碰撞影響,從而得出胚胎球形是最佳方案。將具有胚胎球形截面的防撞梁結(jié)構(gòu)作為測試對象,探索了不同數(shù)量的胚胎球形對防撞梁耐撞性仿真結(jié)果的影響。

    建立數(shù)學(xué)模型:

    式中:Y(β,)δ為目標(biāo)函數(shù),它也是式(3)中的方案綜合得分;,β為不同球形數(shù)量和排布;)δ為防撞橫梁不同區(qū)域的料厚。

    為探究不同數(shù)量胚胎球形在防撞橫梁腔體內(nèi)的不同排布對正面碰撞的影響,先取 )δ=2。為了簡化計算過程,又設(shè)計了2個球形、3個球形、4個球形、5個球形共4個方案與1個球形方案進行對比,如圖10所示。

    圖10 防撞梁不同球形數(shù)量和排布

    由LS-DYNA仿真計算后得出各方案的碰撞變形結(jié)果,如圖11所示。由圖可知,方案E、E1、E3的防撞橫梁兩端壓潰變形良好,方案E2和E4防撞橫梁兩端變形不夠充分。各方案防撞橫梁的彎曲剛度結(jié)果如圖12所示,從E、E1、E2、E3到E4,彎曲剛度逐漸提升,基本和正面碰撞時橫梁的變形模式吻合。

    各方案的評估參數(shù)見表4。由表可知,在防撞橫梁吸能量方面,吸能最多的是方案E3,吸能量為8.35 kJ;在碰撞20 ms內(nèi)加速度的表現(xiàn)方面,方案E和E1是最優(yōu)的;在質(zhì)量和彎曲剛度方面,球形數(shù)量越多,質(zhì)量越大,彎曲剛度越大。

    表4 E~E4方案的評估參數(shù)

    圖11 碰撞15 ms時的變形圖

    圖12 防撞橫梁的彎曲剛度

    根據(jù)式(3)的計算方式,各方案的綜合得分見表5。

    表5 E~E4方案的綜合得分

    從力的傳遞路徑角度分析,E、E1和E3由于傳力路徑是直線,容易壓潰;E2的3個球形組成三角形,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,不容易壓潰變形;E4更是組成了兩個穩(wěn)定的三角形穩(wěn)定路徑,如圖13所示。從幾個方案的碰撞變形結(jié)果,以及吸能量的大小來看,也驗證了這一點。

    圖13 受力分析圖

    由上文可知:(1)方案E1的兩個球形防撞橫梁的綜合得分最高,為8.75分,在幾種球形排布方案中最符合本項目的設(shè)計目標(biāo)要求。(2)在受到同樣沖擊載荷的情況下,球形沿著受力方向“一”字形排布,比三角形排布方式更有利于壓潰變形。(3)在球形沿著受力方向“一”字形排布時,如果壓潰變形良好,那么球的數(shù)量越多,吸收的能量越多。

    3.2 不同厚度對碰撞的影響

    在方案E1的基礎(chǔ)上,僅通過更改兩個球形防撞橫梁的不同料厚組合,研究料厚對碰撞結(jié)果的影響。結(jié)果表明,如果料厚太厚,壓潰變形不充分,吸能水平降低;如果料厚太薄,則可壓潰的材料不足,吸能量也會降低。

    4 結(jié)論

    通過模擬仿真,對基于仿生形狀截面的鋁合金前防撞梁的正面碰撞進行了系統(tǒng)研究,得出以下結(jié)論。

    (1)研究了梯度形、蝸牛殼形、蜘蛛網(wǎng)形和胚胎球形4種不同的截形防撞梁應(yīng)用在兩座電動汽車上時對正面碰撞的影響。綜合考慮輕量化、碰撞加速度、防撞橫梁的吸能量和彎曲剛度,發(fā)現(xiàn)胚胎球形截面防撞梁的設(shè)計能夠使前防撞梁的傳力更合理,提高耐撞性能和吸能效果。與對照組口字形防撞梁相比,防撞橫梁的質(zhì)量增加18%,能量增加37%,最大加速度降低13.8%為314.5 m/s2,剛好在理想的目標(biāo)區(qū)間內(nèi),而彎曲剛度則提升16.3%。

    (2)為了探究不同球形數(shù)量在防撞橫梁腔體內(nèi)的不同排布對正面碰撞的影響,又設(shè)計了2個球形、3個球形、4個球形、5個球形共4個方案的仿真計算,再將其結(jié)果與1個球形方案進行對比,得出2個球形方案的綜合得分最高。與1個球形方案對比,2個球形方案的防撞橫梁質(zhì)量幾乎不增加,加速度仍然在理想范圍內(nèi),但是吸能量增加14.5%,剛度提升0.5%。

    (3)對于每個車型的鋁防撞橫梁,其耐撞性一般都有最優(yōu)匹配值。在材料和結(jié)構(gòu)不變的情況下,防撞梁的料厚過厚或者過薄都會減少正面碰撞的吸能量。

    (4)根據(jù)分析結(jié)果,未來將搭載新的造車項目,把仿生截面應(yīng)用到鋁防撞橫梁中進行實車試驗。

    猜你喜歡
    防撞橫梁胚胎
    軟橫跨改軟索式硬橫梁研究
    母親肥胖竟然能導(dǎo)致胚胎缺陷
    基于鋼橫梁剛度折減的鋼板組合梁地震響應(yīng)分析
    啄木鳥的防撞科學(xué)
    母親肥胖竟然能導(dǎo)致胚胎缺陷
    立式車床高精度、高剛度進給式橫梁設(shè)計
    鋁合金在汽車前防撞梁輕量化中的應(yīng)用
    汽車工程師(2018年1期)2018-07-13 00:47:56
    霧天上高速 防撞有招數(shù)
    中國公路(2017年13期)2017-02-06 03:16:33
    DiI 在已固定人胚胎周圍神經(jīng)的示蹤研究
    淺談框架式玻璃幕墻閉腔橫梁系統(tǒng)
    济南市| 望江县| 泽州县| 小金县| 松江区| 灵宝市| 宝清县| 于都县| 云霄县| 嫩江县| 涡阳县| 哈尔滨市| 铁岭县| 建昌县| 报价| 南投县| 永福县| 衢州市| 保德县| 伽师县| 云浮市| 莱阳市| 西乌珠穆沁旗| 安达市| 祥云县| 南陵县| 精河县| 鄂伦春自治旗| 永州市| 晋宁县| 鄂尔多斯市| 贡觉县| 东丰县| 盐源县| 彰武县| 瓦房店市| 南通市| 綦江县| 循化| 互助| 罗城|