碳纖維轎車保險杠橫梁的設(shè)計.pdf

1、燃油效率和廢氣排放等環(huán)境問題已經(jīng)成為當(dāng)今世界最為關(guān)注的話題。建立能源可持續(xù)的環(huán)境保護(hù)體系已勢在必行。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，迫切需要開發(fā)和評估新技術(shù)，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(dǎo)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(biāo)已成為車身設(shè)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(hù)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(jié)構(gòu)。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(fēng)險；但同時其必須具有足夠的強(qiáng)度才能保護(hù)

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(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）替代現(xiàn)有高強(qiáng)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(qiáng)復(fù)合具有較好的物理和機(jī)械性能，比如靜載和沖擊載荷條件下比強(qiáng)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(biāo)GB17354-1998《汽車前、后端保護(hù)裝置》規(guī)定的汽車低速碰撞試驗標(biāo)準(zhǔn)，利用有限元分析軟件LS-

4、DYNA建立了某轎車的高強(qiáng)度鋼保險杠橫梁的碰撞模型，對保險杠橫梁進(jìn)行低速對中碰撞仿真,考察其碰撞過程中的變形、碰撞力、應(yīng)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(yīng)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(fù)合材料替代原來的高強(qiáng)度鋼。設(shè)計了幾種不同鋪層方式的碳纖維保險杠模型，并一一進(jìn)行求解，比較模型修改前后的分析數(shù)據(jù)。