鋁合金在汽車前防撞梁輕量化中的應用

    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.

    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.

    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4.5 kg,鋼制防撞梁平均質量6.6 kg,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.

    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1 700 kg,選用速度為36 km/h,計算時間設置為30 ms.

    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[1].圖5

    顯示在30 ms 時鋁合金防撞梁比吸能為11.3 kJ/kg,鋼防撞梁比吸能為5.2 kJ/kg.鋁合金防撞梁的比吸能是鋼防撞梁比吸能的2

    倍多.

    3、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[2].

    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)對比防撞梁比吸能分析結果顯示,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.