碳纖維轎車保險杠橫梁的設計.pdf

1、燃油效率和廢氣排放等環(huán)境問題已經(jīng)成為當今世界最為關注的話題。建立能源可持續(xù)的環(huán)境保護體系已勢在必行。為了實現(xiàn)這一目標，迫切需要開發(fā)和評估新技術，以及改變?nèi)藗兊乃季S方式和生活方式使其更加環(huán)保。
　　眾所周知，汽車零件的輕量化可以很好地減少汽車生命周期內(nèi)的碳排放量。然而，目前全球汽車安全性問題日漸突出，在采取措施提高車輛安全性能的同時往往會導致車身重量的增加。如何同時滿足車輛安全性能和輕量化兩項重要指標已成為車身設計開發(fā)迫切需要解決的

2、課題。本文以汽車前保險杠橫梁為研究對象，研究了其在低速正面碰撞過程中的碰撞安全性及輕量化。
　　在大多數(shù)正面碰撞事故中，汽車的前保險杠系統(tǒng)是碰撞發(fā)生時最先接觸到的部位，它在一定程度上能起到保護車身和乘員的作用。一般的前保險杠系統(tǒng)主要包括蒙皮、緩沖盒及保險杠橫梁三部分，其中保險杠橫梁是主要的吸能結構。通常希望它能在碰撞過程中發(fā)生足夠的變形來吸收沖擊能量，并減少行人和道路上其他弱勢群體發(fā)生傷害的風險；但同時其必須具有足夠的強度才能保護

3、車身其它部件免受損傷。
　　本文采用數(shù)值研究的方法探索了用碳纖維增強復合材料（CFRP）替代現(xiàn)有高強度鋼保險杠橫梁的可能性，并比較了這兩者的能量吸收能力。由于碳纖維增強復合具有較好的物理和機械性能，比如靜載和沖擊載荷條件下比強度高、比剛度高，它將可能成為較令人感興趣的保險杠橫梁材料。
　　在本文的研究過程中，首先，依據(jù)我國國標GB17354-1998《汽車前、后端保護裝置》規(guī)定的汽車低速碰撞試驗標準，利用有限元分析軟件LS-

4、DYNA建立了某轎車的高強度鋼保險杠橫梁的碰撞模型，對保險杠橫梁進行低速對中碰撞仿真,考察其碰撞過程中的變形、碰撞力、應力分布及能量吸收特性。根據(jù)對仿真數(shù)據(jù)比如力-時間、變形-時間、能量-時間曲線的分析，研究保險杠橫梁在碰撞過程中的動力響應特性和能量吸收情況。
　　然后，修改原有限元仿真模型中的材料模型，以碳纖維復合材料替代原來的高強度鋼。設計了幾種不同鋪層方式的碳纖維保險杠模型，并一一進行求解，比較模型修改前后的分析數(shù)據(jù)。