基于预变形控制理论的汽车前纵梁仿真设计

第２卷第４期嬲年１２月长沙理工大学学报（自然科学版）

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文章编号：１６７２—９３３１（２００５）０４一００３４一０５

基于预变形控制理论的汽车前纵梁仿真设计

周宇，雷正保，杨兆

（长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南长沙４１００７６）

摘要：研究了汽车普通前纵直粱的变形方式和吸能特点，针对其在碰撞过程中加速度曲线的不足，依据预

变形理论，对薄壁直粱进行了改进，并通过有限元软件验证了改进方案的合理性，该方案有利于乘员保护．

关键词：前纵梁；吸能；预变形

中围分类号：ｕ４６３．３２＋６文献标识码：Ａ

正面碰撞问题一直是汽车被动安全性研究的重点和热点．当汽车发生正面碰撞时，主要由汽车车身前部的“压溃区”的塑性变形来吸收碰撞时的动能，其中主要是端部底架结构的大变形来缓和冲击和吸收冲击动能．对轿车和轻型客车而言，薄壁结构是汽车设计制造中最常见的结构形式．汽车碰撞的过程本质上就是薄壁结构的大变形过程，端部底架结构上的前纵梁是主要的吸能构件．研究结果表明…，在汽车前部纵向碰撞事故中，７０％以上的汽车冲击动能必须由纵梁承受才能保证乘坐室的完整性与小变形性．因此，纵梁的吸能能力极为关键．而前纵梁前端的薄壁梁结构的吸能特性和变形模式，决定着车身在撞击时的加速度或力的响应，对乘员保护来说有着非常重要的作用．

对保护乘员而言，为了防止车身部件侵入驾驶室而对乘员造成伤害，驾驶室要保证足够的刚度和强度，在此前提下才可以谈前部纵梁的吸能设计．理想的纵梁设计应该充分利用许可变形，配合端部底架结构上的其他部件，吸收汽车碰撞中的绝大部分动能，并使车身产生对人体伤害最小的碰撞力波形．汽车前纵粱的结构和失效状态与薄壁直梁件极其相似，可选用能代表前纵梁的薄壁直梁件来研究材料特性和结构变形之间的关系，其结果可用于纵梁的安全设计．薄壁方形吸能梁结构简单，吸能能力强，是汽车纵梁的一种最主要的形式．因此，薄壁方形吸能梁的大变形力学特性在汽车纵梁设计中具有重要的意义．１预变形控制理论的基本思想

汽车纵向方形吸能梁的大变形力学特性如图１所

示．它的力一变形特性曲线不平稳，不能满足碰撞控制结

构的有关要求，因此不能直接作为碰撞控制结构使用．但

从总体上来看，图ｌ的力一变形特性曲线除了在变形的

初始阶段存在一个结构变形范围很小而力的幅度波动较

大的区域外，其余阶段还是比较平稳的．因此，只要能够

将变形初始阶段的那一个力的幅度波动较大的部分切除墨＼Ｒ羁馘１０２０加６０８０１００

变形量／一

图１方形吸能粱的大变形力学特性掉，则作为汽车纵向碰撞控制结构使用是完全可能的．

收捕日期：２００５一们一０４

基金项目：湖南省教育厅科研资助项目（０３ｃ叩０）

作者简介：周宇（１９８０一），男，湖南长沙人，长沙理工大学硕士研究生，主要从事汽车安全方面的研究