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浅谈如何优化汽车车身设计的结构材料配置

来源:原创论文网 添加时间:2018-09-06

  摘要:近年来, 随着人们生活物质水平的不断提高, 越来越多的人都拥有了私家车, 而汽车的安全性问题却成为了社会广大群众所重点关注的焦点, 通过历年来的数据表明, 由于正面发生碰撞而发生的交通安全事故处于首位, 并且造成的危害也是最大, 基于此, 本文主要从汽车碰撞的安全性、选择合适的安全部件材料等方面进行了重点阐述。

  关键词:汽车车身架构; 安全部件材料; 优化;

汽车车身设计论文配图

  汽车车身结构的优化设计一直以来都是汽车工业领域所重点研究的对象。但是在研究的过程中由于受到安全部件材料的特性以及制造精度和环境条件因素的影响, 安全性问题一直没有取得十分大的成效。为此在设计的过程中选用高强度的钢材在汽车耐碰撞性中具有非常重要的现实意义。

  1 汽车碰撞安全性

  1.1 正碰安全性设计原则

  汽车在正常的行驶过程中, 为了能够减少正面碰撞所造成的严重伤害, 需要汽车车身结构具备非常好的吸能特性。当发生正面碰撞时, 能够以最佳的方式将整车的动能进行吸收, 从而实现入侵量控制和车体加速度能够达到完美的匹配。因此在正面碰撞安全性设计方面必须要遵循以下的两项原则:其一, 转向柱后移量和前围板侵入量也必须控制在较小的范围之内, 从而减少对乘员造成的不必要伤害。其二, 将乘员舱加速度的数值设计在比较小的范围之内, 以此来提高乘员的安全性能。

  1.2 材料匹配优化设计方法

  一般而言, 在针对汽车安全性设计实施方面往往所选择的对象都是比较明显且具有主观性的, 然而在设计的过程中容易忽视其材料和厚度之间的交换问题, 为此在日常的工作中必须要结合其能量分布、传力路径以及敏感度等来对所选取的设计部件进行综合的探究。唯有此才能更好的解决设计对象所选取时的难度问题, 从而减少汽车在正面发生碰撞时所造成的损失。与此同时, 在对所选择的对象上最好是采用多目标优化以及近似模拟的方式, 从而达到优化其材料以及厚度, 并且还要进一步的考虑材料和厚度之间的交换问题, 最终促使其材料和厚度之间能够达到最优化。

  2 汽车重要部件安全分析及优化

  2.1 传力路径分析

  需要深入的分析在正碰过程中应力的流向, 通常会出现以下的几点, 其一, 当车头发生正碰时, 此时车身的前保险杠会极其容易发生变形, 以至于应力会由前保险杠移至到上纵梁, 并且最终会移至汽车的车后身。其二, 当车辆碰撞刚性障碍物时, 由于车身的下端极其容易受到前轮胎的作用, 此时前轮胎受将受到的作用力传送至汽车的下端, 并且一直会传递到门槛梁, 最终会移至汽车的车后身。

  2.2 能量分布分析

  分析传力路径上重要部件的能量传递, 以此来明确传力路径上的吸能性的作用, 并且最终将影响汽车正碰过程中的关键部件予以准确的确认。通常, 当汽车在发生正碰时, 车身下端柱的吸能情况要优于汽车车身上端柱的吸能, 由此可以判断出车身乘员舱内的吸能主要是由汽车的下部的传力路径来进行承担。并且最终其关键部件的确认也会变得十分简单。

  2.3 敏感度分析

  采用正交试验的方式对汽车材料配置进行优化分析是一项非常明确的举措。此方式对于汽车车身结构的敏感度状况的分析并且在判断多项影响因素的主次关系方面上有着非常大的帮助。一般而言, 汽车的车身都是由强度非常高的钢制成的, 但是这种材料的成本往往是十分的高昂, 因此必须要有十足的把握保证此类所选取的结构材料能够在被替换后, 即使是发生了碰撞, 也能够具备十分明显的改善效果, 唯有此才能从真正意义上做到节约成本的目的。因此, 需要加大力度对汽车各部件结构材料的敏感度问题进行系统的分析从而找出对材料变化敏感性十分强烈的关键内部件并且对该元件的材料以及厚度进行最优化的处理。当通过对汽车材料的敏感度问题进行加以分析后会发现汽车车身材料的强度有一个最大值, 当此数值达到最大时, 便不能继续的往上进行增加了, 否则会致使汽车车身部件的材料变得越来越差, 不利于汽车的安全稳定行驶。

  2.4 汽车车身结构材料配置优化设计方法

  通过建立各种各样的数学模型来对汽车材料配置问题进行分析是目前应用最为广泛的方式。然而在对汽车材料配置问题进行分析的过程中必须要注重汽车部件的材料以及厚度之间的交互性问题。而在实际的工作中应用最为普遍的是将离散变量直接当作连续变量来进行使用并且将连续变量的最优点圆逐步的调整至相应的离散值。另外还可以将连续变量当作离散化来进行相关的处理, 如离散化的方式一旦存在一定的差距时, 最终只能将其局部进行相关的优化处理并且达到最优的结果。除了上述的方式之外, 还有一种利用遗传算法优化近似模型的方法得到前沿曲线, 如图1所示, 从中可以看出加速度峰值和质量目标响应之间相互矛盾, 必须以牺牲某一个性能才能得到另一性能, 然而再通过改进最小距离选解法将得到的最优值代入到有限元模型中, 最终可以得出代入有限元模型中前后的加速度和设计变量的数值结果, 分析发现只有代入后的才是真正改善汽车正碰性能的最优值。

  3 结语

  综上所述, 通过对上述汽车重要部件的安全性进行分析, 可以有效的实现汽车车身结构的轻量化处理以及进一步的减少汽车在发生正面碰撞时所带来的影响。这些方式不论是在准确度上还是及时性上都有一个非常好的保障, 对于后期的汽车车身安全部件的研发提供了坚实的基础。

  参考文献
  [1]李稳迪, 刘大龙, 张瑞, 张凯, 施伟辰.基于ANSYS Workbench的某汽车车架轻量化设计[J].汽车实用技术, 2017 (18) :51~53, 60.
  [2]赵敏.汽车侧碰安全性设计关键技术研究[D].长沙:湖南大学, 2012.

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