汽車碰撞安全，輕量化設計
關注創建者：路仁甲 創建時間：2021-05-20
汽車碰撞安全，輕量化設計的視頻教程
汽車碰撞安全，輕量化設計的實例教程
摘 要：汽車結構與動力電池的碰撞安全性是開發輕量化、電動化汽車的強制性要求和關鍵的基礎性支撐技術。面向汽車輕量化、電動化和智能化的研發需求，本文通過若干典型課題，介紹并論述汽車碰撞安全性研發的技術挑戰。主要內容包括：采用夾層式汽車前艙罩蓋技術滿足汽車吸能位移限定下的行人頭部碰撞響應控制；面向復雜道路交通事故工況和多樣化人體特征，解決強非線性條件下的自適應智能乘員保護系統優化設計難題；研究車用動力電池碰撞下的內短路失效機理，并建立能準確預測電池變形響應的數值模型及碰撞安全評估方法；解決材料沖擊測試中動態力測量信號的振蕩問題，建立復雜應力和沖擊載荷下輕質高強材料及復合連接接頭的大變形失效斷裂預報方法及仿真模型。
關鍵詞：汽車安全；汽車輕量化；動力電池碰撞安全；行人碰撞安全；智能乘員碰撞保護
1 引言
以輕量化和電動化為主導的汽車工業產業升級是實現《中國制造2025》目標的重要內容。汽車的小型化、輕量化、電動化和智能化給汽車碰撞安全性設計提出了更大的技術挑戰。
展開 摘要：為提高汽車碰撞后側面的安全性，對汽車B柱進行耐撞性能優化及輕量化設計。利用Hypermesh軟件劃分車輛網格，建立汽車有限元模型。采用LS-DYNA軟件分析優化結果，通過B柱加強版進行總成集合化處理，從而實現B柱加強板總成屬性轉移。采用CAE軟件進行仿真實驗，確定2k因子對性能造成影響的關鍵與非關鍵因素,通過B柱熱成型優化設計提高車輛輕量化效果。實驗結果表明：應用該方法優化后，車輛B柱輕量化比基礎模型升高了15.4%，車輛整體質量減輕了19%以上。通過對汽車側面碰撞試驗B柱進行耐撞性能實驗，可知汽車B柱幾乎沒有發生變形，車廂內假人胸腔未出現損傷。
關鍵詞：側面碰撞；B柱；耐撞性；輕量化；優化；CAE分析
隨著經濟快速發展，汽車已經成為人們日常生活的主要交通工具[1-2]。伴隨著市場需求與相關法規對汽車碰撞安全性能要求逐年提升，車身質量隨之增加。
汽車的側面位置是整車中最薄弱的部分，其可以分散沖擊力的部件極少，一旦發生碰撞，將給乘坐人員生命安全造成極大的威脅。門檻梁總成與A柱、B柱、C柱、前門及后門是轎車側圍的主要部件，其中B柱作為車身側面主要承力部件，在汽車發生側面碰撞時，不但要承受巨大的沖擊力還需要給車門與車欄等部件提供支撐[3-4]。同時，影響乘坐人員安全性的關鍵指標是B柱的入侵速度與入侵量[5-6]。由此可知，提高側面碰撞時汽車的安全性，首先要增強B柱的耐撞性。
我國自20世紀80年代開始對汽車側面碰撞進行研究，研究方向為改進門欄梁厚度、多角度改進B柱的受力結構。本文從提高汽車B柱耐撞性、汽車輕量化設計兩個方面對汽車車體進行優化設計，從而提高汽車安全性。
展開 英國桑德蘭大學（University of Sunderland）的科學家承擔著10.11號課題——歐盟石墨烯旗艦計劃的一部分——汽車復合材料。該項目正在探索如何利用石墨烯為汽車市場打造更輕，更強，更安全，更節能的部件。
由桑德蘭大學領導這個小組由意大利、西班牙和德國的研究機構等五個研究合作伙伴組成，由過去兩年來一直在菲亞特克萊斯勒汽車公司的支持下進行一系列測試。 他們將石墨烯嵌入聚合物中，與傳統的碳纖維或玻璃纖維等結構材料混合，作為汽車的保險杠材料進行測試，通過添加石墨烯，可以減小結構部件的厚度。
該小組指出：“我們在第一階段發現的結果很不錯，我們取得了比我們預期的更多的成就。添加了石墨烯的復合材料非常輕、非常堅固，我們所做的沖擊測試結果顯示比傳統復合材料可以多吸收40％的能量。并且，該材料也更穩定，當受到沖擊時，它的斷裂過程是受控的，能以受控的方式吸收能量。我們在開始的時候就預料到了這一點，但沒想到結果會如此好。“
“在石墨烯和聚合物之間取得適當的平衡是至關重要的。復合材料不能太弱，或太強，以至于碰撞時不能吸收能量。現代汽車的設計是為了防止乘客墜毀，而太結構復雜的復合材料會將能量傳遞給乘客，從而危及他們的安全。我們現在有一個很好的統一分散，但這不是一件容易的事情。我們需要做到輕量級同時保證安全“。
該團隊已經與歐洲一家汽車制造商及其一級供應商進行了會談，據報道他們對這項工作及其未來的應用非常感興趣。
來源：新材料技術前沿
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新材料技術前沿
展開 摘 要：為達到汽車輪轂輕量化目的，在汽車輪轂的概念設計階段對汽車輪轂進行結構尋優。用拓撲優化技術作為概念設計的方法，建立基于變密度拓撲優化方法的汽車輪轂概念設計數學模型；利用ProE三維建模軟件建立某汽車輪轂的三維模型和概念幾何模型；使用Hypermesh前處理軟件建立某汽車輪轂的概念設計有限元模型，然后引用折中規劃法解決多工況問題，在Optistruct結構優化軟件中建立汽車輪轂的優化模型和優化參數；利用拓撲優化技術在hyperworks軟件OSSmooth模塊構建了3種輪轂的創新型拓撲結構，分別將3種不同的拓撲結構導入CAD軟件進行二次設計，對二次設計后的新型輪轂進行有限元分析。結果表明：在滿足材料許用應力的前提下，7輻輪轂相比8輻、9輻以及原輪轂更滿足要求，質量比原輪轂減小12.2%。
關鍵詞：概念設計；汽車輪轂；拓撲優化；輕量化
0 引言
節能減排已成為汽車工業發展的主要方向，汽車輕量化是實現汽車節能減排的最佳途徑，合理的結構設計是汽車輕量化的有效手段。汽車輪轂是汽車的重要部件，在行駛過程中，汽車與地面之間的力和力矩都是由輪轂承受和傳遞，輪轂直接影響汽車的整體行駛穩定性、安全性、可靠性、平順性、牽引性以及外觀形狀，對汽車的整體能源消耗和輪胎壽命有很大影響。我國汽車結構輕量化技術發展迅速，國內很多學者根據有限元仿真技術對汽車現有結構進行了優化，雖然達到了較好效果，但忽略了結構的概念設計階段。
概念設計作為機械產品重要的前期設計階段，很大程度上決定了客戶對產品的功能要求。相對于中后期的結構優化，早期的設計成本更低，設計自由度更高。通過概念設計階段科學的分析計算，建立較為理想的設計模型，減少了設計中后期因為改進需要進行的大量反復修改，既縮短了周期又降低了成本[1-3]。
展開 從分析結果來看，方案四（前、后橫梁厚度3.4mm，小縱梁厚度3.2mm）的侵入量和壁障罰分是最優的組合。方案四的整車加速度為34.1g；發動機艙變形如圖5所示，吸能盒正常潰縮；左前縱梁前段壓潰良好，后段在折彎點處折彎變形；框架上的電器件與周邊無明顯擠壓，蓄電池和線束無起火風險。經過優化后的鋁合金框架整體重量為4.2kg，重量較鋼質材料減輕了2.8kg。
4結論
本文研究了某SUV電動汽車電機懸置框架的結構和布置設計，并通過CAE分析進行設計優化，提高安全性和實現輕量化。
①上掛式的左右懸置和嵌入式后懸置的布置方式對MPDB的電安全性改善明顯；框架橫梁的跨度建議在300mm左右，減小跨度可增加縱梁的壓潰吸能空間，有利于縱梁壓潰變形。
②鋁合金材料框架的MPDB碰撞性能優于型鋼材料框架，并且鋁合金框架的整體重量減輕了2.8kg，輕量化效果顯著。
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今日16:00，Ansys官方『Ansys 結構輕量化優化設計解決方案及案例分析』介紹Ansys Mechanical拓撲優化仿真解決方案，以及輕量化結構設計的工程案例分析，感興趣的下滑預約學習??
時間：5月12日（星期二），16:00-17:00
內容簡介：
1. Ansys Mechanical 拓撲優化仿真解決方案
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講師：
緊湊型望遠鏡案例分析
簡介
緊湊型望遠鏡作為便攜觀測類光學核心設備，以反射鏡緊湊排布實現光路折疊與像差校正，在壓縮體積的同時保障望遠成像效果，是便攜觀測、安防偵察及消費級觀景設備的關鍵組件，其光學結構的合理性直接決定成像分辨率、視場范圍與設備便攜性，需嚴格滿足輕量化與高成像的雙重設計標準。本項目基于 OAS 光學軟件，通過光機一體化建模、多維度像差校正與雜散光優化，構建高性能緊湊型望遠鏡光學方案
仿真+AI技術為快消包裝行業賦能提速、降本增效、推動可持續發展。
“
輕量化設計不僅關乎成本削減，更在于放大環保影響力。每減少一克材料，都能節省樹脂用量、減少廢棄物產生，且隨著貨架上數百萬件產品的規模化效應，成效將十分顯著。而 PhysicsAI 讓我們能夠以前所未有的速度實現這些成果。
—— Kinetic Vision 開發總監
Shane
AUTO TECH China 2026 第十三屆廣州國際汽車輕量化技術及車用材料展覽會
The 13th International Automotive Materials and Lightweight Technology Expo
AUTO TECH China 第十三屆國際汽車輕量化技術及車用材料展覽會是關于各種先進汽車材料及汽車輕量化的解決方案，如金屬材料
<p><br></p><p><strong>仿真+AI技術為快消包裝行業賦能提速、降本增效、推動可持續發展。</strong></p><p><br></p><p><br></p><p>“</p><p class="ql-align-justify">輕量化設計不僅關乎成本削減，更在于放大環保影響力。每減少一克材料，都能節省樹脂用量、減少廢棄物產生，且隨著貨架上數百萬件產品的規模化效應，成效將十分顯著
為推動產品輕量化設計與人工智能技術在工程設計、仿真與制造領域的深度融合，全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽組委會聯合 澳汰爾工程軟件（上海）有限公司 Altair 舉辦“第五屆輕量化設計與AI 應用教師培訓及競賽”。
培訓亮點
本次培訓聚焦兩大前沿方向：
輕量化設計： 掌握 Altair Inspire
在一項聯合創新項目中，德國鐵路（Deutsche Bahn）、SLM Solutions公司聯合海克斯康對貨運列車鉸鏈的傳統設計進行了優化，并借助增材制造技術實現了重新開發。得益于海克斯康旗下的MSC Apex仿真平臺生成式設計帶來的重量優化成果，這些部件能夠通過3D打印實現更具成本效益的生產。
面臨挑戰
貨運列車等設備資產壽命長達數十年，導致備件難以長期儲備。設備故障時，備件采購成為運營商的嚴峻挑戰
<p class="ql-align-right"><strong>本文作者：Royston Jones</strong></p><p class="ql-align-right"><strong>Altair 產品設計首席技術官&汽車行業高級副總裁</strong></p><p><br></p><p>長期以來，汽車產品的設計與制造方式基本保持不變。這是一個緩慢、耗時的過程，以試錯法和物理原型為特征
汽車材料展︱2025 廣州國際汽車輕量化技術及車用材料展覽會
Asia's Leading Exhibition for Automotive Lightweight Technologies and Auto Materials !
AUTO TECH 廣州國際汽車輕量化技術及車用材料展是關于各種先進汽車材料及汽車輕量化的解決方案，如汽車輕量化金屬與非金屬材料、輕量化部件、設計、
展會簡稱：中國汽車輕量化展|北京輕量化技術展|北京輕量化材料展|北京交通輕量化展|北京輕量化裝備展
★ 展會基本信息：
展會時間：2025年02月21日--02月24日（展覽四天）
展覽地點：北京·中國國際展覽中心（順義新館）
招展單位：上海梵翡會展有公司
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★ 展會概況：
當今世界正經歷百年未有之大變局
