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碳纤维复合材料车门防撞梁多尺度高效变形模拟及实验验证

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塑性工程学报 2024年第1期31卷 133-141页

作者：郭聪江晟达何霁李淑慧林忠钦上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240

以碳纤维复合材料车门防撞梁为例,开发了一种面向工程零部件的多尺度高效变形模拟技术,建立了自洽聚类分析方法及多尺度渐进损伤本构模型,通过多尺度单元与唯象单元混合建模,有效降低了模型的求解成本,通过将有限的计算资源分配在恰当... 详细信息

以碳纤维复合材料车门防撞梁为例,开发了一种面向工程零部件的多尺度高效变形模拟技术,建立了自洽聚类分析方法及多尺度渐进损伤本构模型,通过多尺度单元与唯象单元混合建模,有效降低了模型的求解成本,通过将有限的计算资源分配在恰当的位置,结果表明计算资源的利用效率得到显著提升,实现了工程零部件损伤行为的高效预测,实际计算时间缩短至原来的1/4。对三点弯状态下复合材料防撞梁的宏微观渐进损伤过程进行了分析。基于真空袋成形工艺进行了防撞梁样件试制以及三点弯破坏实验,验证了仿真结果的准确性。

关键词：防撞梁多尺度并发模拟自洽聚类分析渐进损伤建模三点弯曲实验

人工时效制度及停放时间对防撞梁用7003铝合金性能的影响

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铝加工 2024年第1期 28-31页

作者：吴琪李佳宁刘迪孟涛恒桂英辽宁忠旺集团有限公司辽阳111003

通过对7003铝合金型材进行不同温度、不同时间的加热时效,最终得到最适宜的人工时效制度,即105℃×8 h+145℃×12 h。通过对比不同停放时间下的7003铝合金型材力学性能检测结果,可以知道在铝型材挤压完成后需尽快转序进行深加工,以降低... 详细信息

通过对7003铝合金型材进行不同温度、不同时间的加热时效,最终得到最适宜的人工时效制度,即105℃×8 h+145℃×12 h。通过对比不同停放时间下的7003铝合金型材力学性能检测结果,可以知道在铝型材挤压完成后需尽快转序进行深加工,以降低加工难度,避免产生拉弯开裂、橘皮等缺陷。

关键词： 7003铝合金防撞梁人工时效停放效应

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低速碰撞下防撞梁的冲击响应分析

时代汽车 2024年第10期 181-183页

作者：丛艳军张爱法娄磊顾海明刘委坤中汽研汽车检验中心(天津)有限公司天津300300

低速碰撞工况下防撞梁冲击响应的分析对于改善汽车防撞梁的安全性能具有重要意义。文章以某款汽车防撞梁为研究对象,对其开展了落锤试验,从碰撞力、侵入量以及吸能特性等几个方面对试验结果进行分析。结果发现该防撞梁至少吸收了六成的... 详细信息

低速碰撞工况下防撞梁冲击响应的分析对于改善汽车防撞梁的安全性能具有重要意义。文章以某款汽车防撞梁为研究对象,对其开展了落锤试验,从碰撞力、侵入量以及吸能特性等几个方面对试验结果进行分析。结果发现该防撞梁至少吸收了六成的能量,且未发生断裂,能够起到较好的吸能作用。此外,还总结了性能参数之间的影响规律,即侵入量增加,碰撞力增加,能量增加;侵入量减小,碰撞力减小,能量减小,为后期防撞梁系统的设计与改进提供一定的数据指导。

关键词：低速碰撞防撞梁冲击响应性能参数

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复合材料防撞梁低速碰撞优化设计

复合材料学报 2022年第2期39卷 854-862页

作者：任明伟洪治国周玉敬殷莎田宇黎马赛陈蕴博范广宏北京机科国创轻量化科学研究院有限公司先进成形技术与装备国家重点实验室北京100083 北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191 北京新能源汽车股份有限公司新技术部北京100176

复合材料由于其较高的比刚度、比强度而成为重要的轻量化材料,推广其在汽车上的应用可有效缓解当前人类面临的环境污染和能源短缺问题。基于某款汽车铝合金前防撞梁,开展了复合材料替代设计,可实现减重27%,并采用碳纤维湿法模压成型工... 详细信息

复合材料由于其较高的比刚度、比强度而成为重要的轻量化材料,推广其在汽车上的应用可有效缓解当前人类面临的环境污染和能源短缺问题。基于某款汽车铝合金前防撞梁,开展了复合材料替代设计,可实现减重27%,并采用碳纤维湿法模压成型工艺进行制备后,进行了RCAR标准下正面40%重叠碰撞实验;同时,利用有限元软件LS-DYNA构建了复合材料前防撞梁数值模型,验证后基于该模型进一步对吸能盒壁厚、复合材料梁铺层厚度、铺层方式等参数进了探讨,发现吸能盒壁厚对于防撞梁的耐撞性较关键,而引入仿生螺旋铺层设计可进一步提升能量吸收特性。此外,同等质量下的复合材料防撞梁综合性能被证明较金属防撞梁更加优异。

关键词：复合材料轻量化防撞梁湿法模压低速碰撞

基于加点多目标粒子群算法的碳纤维防撞梁优化设计

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湖南大学学报（自然科学版） 2022年第8期49卷 21-28页

作者：陈静崔晓凡郑晋军徐森胡金旭吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室吉林长春130025

为了达到车辆轻量化的效果,基于某轻型乘用车钢制防撞梁,根据车辆低速碰撞标准对采用碳纤维材料的防撞梁进行结构优化设计.通过全因子试验确定防撞梁的截面参数,考虑到各铺层区域之间厚度不同导致的材料不连续问题,提出了基于铺层相容... 详细信息

为了达到车辆轻量化的效果,基于某轻型乘用车钢制防撞梁,根据车辆低速碰撞标准对采用碳纤维材料的防撞梁进行结构优化设计.通过全因子试验确定防撞梁的截面参数,考虑到各铺层区域之间厚度不同导致的材料不连续问题,提出了基于铺层相容性的铺层原则,并以此确定防撞梁的厚度空间和对应的铺层顺序.在对防撞梁的铺层厚度进行优化设计时,采用基于kriging模型的加点多目标粒子群优化算法,在传统粒子群算法的基础上引入多目标加点策略,能够有效解决由于近似模型精度不够导致的重复试验设计,提高了优化效率.优化设计后的仿真和台车试验表明,碳纤维防撞梁低速碰撞性能满足要求.

关键词：结构设计碳纤维防撞梁粒子群算法车辆轻量化

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复合材料在汽车防撞梁上的应用研究进展

工程塑料应用 2024年第4期52卷 169-174页

作者：袁铁军孙强吕红明宋树权盐城工学院机械工程学院江苏盐城224051 盐城工学院汽车工程学院江苏盐城224051

为促进复合材料在汽车构件中的应用,以汽车保险杠防撞梁为例,对复合材料防撞梁的材料、结构设计以及保险杠内部零件连接的研究进展进行综述。简述了碳纤维、玻璃纤维以及天然纤维等复合材料在汽车防撞梁上的研究进展,介绍了不同结构复... 详细信息

为促进复合材料在汽车构件中的应用,以汽车保险杠防撞梁为例,对复合材料防撞梁的材料、结构设计以及保险杠内部零件连接的研究进展进行综述。简述了碳纤维、玻璃纤维以及天然纤维等复合材料在汽车防撞梁上的研究进展,介绍了不同结构复合材料防撞梁对于耐撞性能的影响,分析了保险杠内部零件不同连接方式的优缺点。最后提出了汽车复合材料防撞梁的未来发展方向,应注重新型复合材料的开发、防撞梁结构的优化设计以及新型连接方式的研究。

关键词：复合材料防撞梁结构设计连接方式

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纤维增强复合材料汽车前防撞梁的设计与分析

现代制造工程 2023年第7期 79-88页

作者：李恒邱睿周甘华曹清林刘锦程江苏理工学院机械工程学院常州213001 奇瑞新能源汽车股份有限公司芜湖241002

为减轻车身重量,以某新能源车型前防撞梁为研究对象,分别采用单向碳纤维增强树脂基复合(Continuous Fiber Reinforced Polymeric,CFRP)材料和机织碳-玻混杂纤维增强树脂基复合(Carbon-Glass Fiber Reinforced Polymeric,C-GFRP)材料代... 详细信息

为减轻车身重量,以某新能源车型前防撞梁为研究对象,分别采用单向碳纤维增强树脂基复合(Continuous Fiber Reinforced Polymeric,CFRP)材料和机织碳-玻混杂纤维增强树脂基复合(Carbon-Glass Fiber Reinforced Polymeric,C-GFRP)材料代替原铝合金(6082-T6)材料。基于三点静压工况,确定“凹”字形结构为新设计复合材料前防撞梁的截面形状。基于熵权TOPSIS法对C-GFRP复合材料前防撞梁进行多目标优化,结合正面低速碰撞仿真对比,确定了2种复合材料前防撞梁的最优铺层厚度和铺层角度,通过碰撞比吸能、最大侵入量和碰撞支反力峰值等性能参数对比,分析了2种复合材料前防撞梁各自的优势。

关键词：防撞梁复合材料轻量化碰撞性能

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保险杠前防撞梁材料-结构一体化轻量化设计

重庆理工大学学报（自然科学） 2022年第7期36卷 86-93页

作者：汪永嘉董红顺张代胜谭继锦合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230009 合肥工业大学智能制造技术研究院合肥230051

为了进一步实现汽车的轻量化设计,引入熔模精密铸造铝合金技术应用于汽车保险杠前防撞梁。结合熔模精密铸造工艺,对某款电动汽车保险杠前防撞梁进行材料-结构一体化设计,并以轻量化为目标,建立响应面模型进行一体化优化。试制优化后的... 详细信息

为了进一步实现汽车的轻量化设计,引入熔模精密铸造铝合金技术应用于汽车保险杠前防撞梁。结合熔模精密铸造工艺,对某款电动汽车保险杠前防撞梁进行材料-结构一体化设计,并以轻量化为目标,建立响应面模型进行一体化优化。试制优化后的新型前防撞梁,对比原钢制防撞梁,通过模态和碰撞试验及仿真验证其力学性能,确保新型铸铝防撞梁设计的可行性。重点说明了防撞梁优化设计、仿真和试验过程。结果表明:在保证性能的前提下,防撞梁质量减轻20.5%,达成轻量化设计目标。

关键词：防撞梁轻量化铝合金一体化设计熔模精密铸造

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焊接残余应力对铝合金防撞梁碰撞安全的影响

焊接残余应力对铝合金防撞梁碰撞安全的影响

作者：吕晨轲重庆交通大学

学位级别：硕士

在新能源汽车的发展趋势下,铝合金作为一种强度高和耐腐蚀的轻量化材料,被广泛应用于车辆的安全结构件中。对比普通钢材,铝合金焊接性能较差,在焊缝处会产生较大焊接变形,形成较大焊接残余应力,发生碰撞时易产生开裂破损,影响整体的安... 详细信息

在新能源汽车的发展趋势下,铝合金作为一种强度高和耐腐蚀的轻量化材料,被广泛应用于车辆的安全结构件中。对比普通钢材,铝合金焊接性能较差,在焊缝处会产生较大焊接变形,形成较大焊接残余应力,发生碰撞时易产生开裂破损,影响整体的安全性。目前,对防撞梁碰撞安全性的研究主要是将防撞梁作为零应力状态来分析,仿真结果与实际结果存在一定误差。因此,研究焊接残余应力对碰撞安全的影响能有效改进这一差异。为验证焊接模型的准确性,通过数值模拟防撞梁连接处T型接头和搭接接头的焊接过程,发现焊接熔池形状与实验一致度较高,利用温度变化曲线确立焊接接头热影响区,应力场模拟结果与实验数据吻合度较高,在焊缝及附近区域存在较大残余拉应力。本文基于某车型防撞梁实际焊接过程建立其焊接模型,分析焊缝处残余应力分布规律,发现相邻焊段端部焊接残余应力相互影响较大,且在焊缝及热影响区存在较大残余拉应力;为降低焊缝处残余拉应力,开展各焊段焊接次序及焊接起始点的优化研究,对比不同焊接方案下各焊段纵向和横向残余应力变化情况,优化有效降低焊接残余应力的方案。结果表明,首尾相连的焊段端部存在二次加热现象,不同焊接方案中二次加热现象出现的作用时间和间隔不同,致使焊段端部残余应力释放程度各异,导致各焊接方案残余应力分布规律差别较大,以降低整体残余应力水平为目标,最优焊接顺序为退焊顺序。基于Johnson-Cook本构与损伤模型,开展焊接残余应力为初始状态的防撞梁碰撞数值模拟,探究在三点静压、正面100%重叠高速碰撞和正面40%偏置碰撞工况下焊接残余应力对防撞梁承载性能的影响。三点静压过程焊接残余应力使横梁焊缝处应力水平较大,焊接残余应力的释放使焊缝区域应力变化复杂,支反力出现较大波动,但峰值变化较小;在正面100%碰撞中,吸能盒外表面的应力值普遍偏大,碰撞力和加速度峰值有所下降,焊接残余应力的存在使开裂时刻提前4.5%且破损位置略有变化;在正面40%偏置碰撞中,吸能盒外表面应力值较大,碰撞力和加速度峰值降幅更大,焊接残余应力的存在使开裂时刻提前8.7%且破损位置出现较大变化,产生两处严重破损开裂,说明焊接残余应力的释放使吸能盒在碰撞过程中提前开裂且承载性能降低。

关键词：防撞梁数值模拟焊接残余应力焊接顺序碰撞安全