鋁合金在汽車前防撞梁輕量化中的應用
2018-10-19 13:39:42
作者：本網整理 來源：鋁加工
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汽車前防撞梁一般隱藏在前保險杠里面以及車門內部，在較大沖擊力作用下，彈性材料已經不能緩沖能量，真正起到保護車內乘員的作用，它是車身被動安全系統的一部分，防撞梁其實并不是讓車子“防撞”，它的主要作用是傳力。簡單概括，防撞梁的作用是：低速碰撞能減少維修成本，高速碰撞有助于提高保護性，尤其在復雜真實的環境碰撞中。
一、汽車前防撞梁市場應用情況調查
汽車前防撞梁作為汽車的安全部件，通常采用金屬材質，如高強度鋼材和鋁合金等。它一般由防撞橫梁、吸能盒、吸能盒加強件及連接板組成。圖1 示出汽車前防撞梁安裝位置。圖2 示出汽車前防撞梁實物圖。
圖1 汽車前防撞梁安裝位置
圖2 示出汽車前防撞梁實物圖
通過市場調查，共統計65 款車型前防撞梁材料應用情況，自主品牌19 款車型，其中2 款車型應用鋁合金防撞梁；合資品牌46 款車型，有10 款車型應用鋁合金防撞梁。前防撞梁應用情況統計，如表1 所示。
表1 汽車前防撞梁應用情況統計表
調查結果顯示：合資品牌鋁合金防撞梁應用比例高于國內自主品牌2倍多，行業內鋁合金防撞梁應用是發展趨勢。鋁合金防撞梁平均質量4.5kg，鋼制防撞梁平均質量6.6kg，差值約32%，可見鋁合金防撞梁輕量化優勢明顯。部分鋁合金前防撞梁應用車型，如表2所示。
表2 部分鋁合金汽車前防撞梁應用車型
二、汽車前防撞梁碰撞仿真對比分析
通過HyperMesh 軟件建立前防撞梁碰撞模型，模型建好后導入LS- DYNA 軟件進行防撞梁性能仿真分析。工況選擇防撞梁正面碰撞，防撞梁材料選用6061 系鋁合金，碰撞質量設置為1700 kg，選用速度為36km/h，計算時間設置為30ms。
圖3示出高強鋼汽車前防撞梁碰撞分析圖。圖3b顯示高強鋼汽車前防撞梁碰撞總能量約85kJ，其中48.2kJ 被吸收轉化為內能，約56.7%的能量被吸收。
圖3 高強鋼汽車前防撞梁碰撞分析圖
圖4顯示鋁合金汽車前防撞梁碰撞總能量約85kJ,其中58.3kJ 被吸收轉化為內能，約68.6%的能量被吸收。
圖4 鋁合金汽車前防撞梁碰撞分析圖
比吸能即系統單位質量的吸能量，比吸能反映了不同材料和結構的吸能能力。在基于輕量化的結構設計中，希望結構件比吸能值越大越好。圖5顯示在30ms 時鋁合金防撞梁比吸能為11.3kJ/kg，鋼防撞梁比吸能為5.2kJ/kg。鋁合金防撞梁的比吸能是鋼防撞梁比吸能的2倍多。
圖5 比吸能對比圖
三、結論
在汽車產品制造中，逐步加大鋁合金材料的應用比例是汽車輕量化的必然趨勢，開發鋁合金防撞梁是實現汽車輕量化主要途徑之一，鋁合金防撞梁經過設計驗證后必將取代鋼制防撞梁。
（1）根據仿真分析結果，正面碰撞鋁合金防撞梁吸收能量優于鋼制防撞梁，滿足設計使用要求。
（2）鋁合金相比鋼材料有著密度小的優勢，用鋁合金結構代替傳統鋼結構，可使前防撞梁質量減輕30%～50%，輕量化效果顯著。
（3）通過對比合資車企與自主車企鋁合金防撞梁應用情況，可發現采用鋁合金防撞梁是汽車輕量化未來趨勢。
（4）對比防撞梁比吸分析結果顯示，鋁合金防撞梁吸能能力明顯優于鋼防撞梁，有助于提高整車安全性。
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責任編輯：韓鑫
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