側(cè)面柱碰
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-09-18
側(cè)面柱碰的實(shí)例教程
圖8
三.CFRP在汽車前地板總成的應(yīng)用：
如圖9所示，為同時(shí)滿足輕量化設(shè)計(jì)要求和碰撞安全性能需求，采用CFRP新材料替代原有的金屬材料重新設(shè)計(jì)前地板，并驗(yàn)證整車碰撞側(cè)面工況安全性能（注：前地板的設(shè)計(jì)變更主要影響側(cè)面工況性能）。
圖9
側(cè)面柱碰：Steel和CFRP兩種狀態(tài)的前地板側(cè)面柱碰B柱最大傾入量結(jié)果如圖10所示，由此可知，在側(cè)面柱碰工況中，兩種狀態(tài)的前地板B柱最大傾入量基本一致，滿足性能目標(biāo)。
圖10 側(cè)面柱碰B柱最大傾入量
側(cè)面碰撞：Steel和CFRP兩種狀態(tài)的前地板側(cè)面可變性壁障碰撞B柱最大傾入量結(jié)果如圖11、圖12所示，由此可知，在側(cè)面可變性壁障碰撞中，采用CFRP前地板B柱最大傾入量小于原金屬材質(zhì)前地板，B柱上、中、下三處的傾入速度基本一致，滿足性能目標(biāo)。
圖11 側(cè)面碰撞B柱最大傾入量
圖12 側(cè)面碰撞B柱上中下最大傾入速度
綜上所述，在碰撞安全性能保持一致的情況下，采用CFRP的前地板相較于金屬前地板仍減重了41.9%，由此可見(jiàn)，碳纖維復(fù)合材料在輕量化和安全性能設(shè)計(jì)過(guò)程中具有巨大的潛力。碳纖維復(fù)合材料因其優(yōu)異的性能，在新能源汽車的國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃下，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，必將引領(lǐng)汽車設(shè)計(jì)的變革。通過(guò)CFRP新材料新技術(shù)應(yīng)用，為人們提供更為高效、安全、節(jié)能產(chǎn)品，是每一位工程師不變的初心。
展開(kāi) 另外，理想L9的電池組采用側(cè)防護(hù)梁和鋁合金外殼組成的雙重防護(hù)設(shè)計(jì)，即使在嚴(yán)苛的側(cè)面柱碰和底部托底測(cè)試中，也可以保證電池組的安全。
根據(jù)計(jì)劃，理想L9將于4月16日正式發(fā)布，價(jià)格區(qū)間為45-50萬(wàn)元（根據(jù)配置不同）。
因此，熱成形的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可參考傳統(tǒng)冷成形零件，但在進(jìn)行熱成形零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要注意：熱成形B柱的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該避免圓孔翻邊（見(jiàn)圖2）。目前的熱沖壓工藝中還無(wú)法進(jìn)行圓孔熱翻邊，對(duì)成形后的B柱進(jìn)行圓孔翻邊也極為困難。
（2）熱成形B柱的鉸鏈安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)。B柱上需設(shè)計(jì)車門(mén)鉸鏈及車門(mén)限位器等的安裝點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：除B柱加強(qiáng)板外在安裝點(diǎn)處還設(shè)計(jì)安裝螺母板，以提升安裝點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)剛度，圖3為典型的B柱車門(mén)鉸鏈安裝點(diǎn)處斷面。
（3）熱成形B柱防銹設(shè)計(jì)。為使B柱外腔達(dá)到良好的電泳效果，B柱加強(qiáng)板與側(cè)圍外板間、以及與相臨加強(qiáng)板間最小隙要達(dá)到5mm以上，如圖4所示。
熱成形仿真分析
1.熱成形仿真與沖壓工藝
B柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，需要進(jìn)行熱成形工藝仿真分析。如圖5所示，該結(jié)構(gòu)產(chǎn)品件成形良好，無(wú)缺陷。熱成形設(shè)備與模具結(jié)構(gòu)如圖6所示，基本結(jié)構(gòu)分為：模具，板料，托料板，頂桿。產(chǎn)品件三維數(shù)據(jù)與實(shí)物如圖7所示。
2.熱成形件側(cè)碰性能仿真分析
正面碰撞、側(cè)面碰撞、追尾和翻滾是最為常見(jiàn)的事故種類。據(jù)交通事故的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，側(cè)面碰撞在其中約占30%。與正面碰撞相比，汽車的側(cè)面結(jié)構(gòu)的緩沖空間小，發(fā)生側(cè)面碰撞時(shí)車內(nèi)駕駛員和乘員的受傷幾率相對(duì)較高。頭部損傷和胸部損傷是車輛側(cè)面碰撞中常見(jiàn)的損傷類型，并且是造成重傷和死亡的主要原因。
展開(kāi) 圖4 車門(mén)應(yīng)力分布
1.5 車門(mén)柱碰安全分析
車門(mén)的安全性能測(cè)試一般采用側(cè)面柱碰的試驗(yàn)方法，根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)《汽車側(cè)面碰撞的成員保護(hù)》（GB 20071—2006），按照標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)車門(mén)添加約束并放置碰撞圓柱，設(shè)置圓柱初速度為50 km/h，總計(jì)算時(shí)間為0.025 s，考察車門(mén)的最大侵入量[5]。通過(guò)計(jì)算，本車門(mén)向艙室內(nèi)的最大侵入量為364.8 mm，如圖5所示。
圖5 車門(mén)柱碰最大侵入量
2 輕量化方案設(shè)計(jì)
根據(jù)車門(mén)各項(xiàng)性能的計(jì)算結(jié)果，車門(mén)的用材存在優(yōu)化空間，可以進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，客戶要求減重至少5%。從降低用戶成本的角度，采用去掉門(mén)內(nèi)板左側(cè)加強(qiáng)板、內(nèi)板坯料采用激光拼焊的方式設(shè)計(jì)輕量化方案一，除拼焊部分外所有零部件牌號(hào)及厚度不變；輕量化方案二為內(nèi)板左側(cè)加強(qiáng)板厚度減為1.4 mm、內(nèi)板厚度減為0.7 mm，其余零件厚度不變。輕量化方案有限元模型如圖6和圖7所示。
圖6 車門(mén)輕量化方案一
圖7 車門(mén)輕量化方案二
新方案的輕量化效果如表2所示。
表2 兩方案輕量化效果對(duì)比
3 輕量化車門(mén)性能分析
3.1 方案一車門(mén)性能分析
針對(duì)輕量化方案一車門(mén)，依照前述方法開(kāi)展車門(mén)的模態(tài)、垂向剛度、靜強(qiáng)度分析，結(jié)果顯示車門(mén)的一階非剛體模態(tài)為30.21 Hz；門(mén)鎖處垂向位移為1.44 mm，根據(jù)式（1）計(jì)算得垂向剛度為694.44 N/mm，振型為內(nèi)板中部彎曲；最大應(yīng)力依然出現(xiàn)在內(nèi)板的下方鉸鏈附近，最大應(yīng)力值為98.16 MPa，如圖8、圖9、圖10所示。
展開(kāi) 目前的熱沖壓工藝中還無(wú)法進(jìn)行圓孔熱翻邊，對(duì)成形后的B柱進(jìn)行圓孔翻邊也極為困難。
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熱成形B柱的鉸鏈安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)。B柱上需設(shè)計(jì)車門(mén)鉸鏈及車門(mén)限位器等的安裝點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：除B柱加強(qiáng)板外在安裝點(diǎn)處還設(shè)計(jì)安裝螺母板，以提升安裝點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)剛度，圖3為典型的B柱車門(mén)鉸鏈安裝點(diǎn)處斷面。
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熱成形B柱防銹設(shè)計(jì)。為使B柱外腔達(dá)到良好的電泳效果，B柱加強(qiáng)板與側(cè)圍外板間、以及與相臨加強(qiáng)板間最小隙要達(dá)到5mm以上，如圖4所示。
熱成形仿真分析
01 熱成形仿真與沖壓工藝
B柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，需要進(jìn)行熱成形工藝仿真分析。如圖5所示，該結(jié)構(gòu)產(chǎn)品件成形良好，無(wú)缺陷。熱成形設(shè)備與模具結(jié)構(gòu)如圖6所示，基本結(jié)構(gòu)分為：模具，板料，托料板，頂桿。產(chǎn)品件三維數(shù)據(jù)與實(shí)物如圖7所示。
02 熱成形件側(cè)碰性能仿真分析
正面碰撞、側(cè)面碰撞、追尾和翻滾是最為常見(jiàn)的事故種類。據(jù)交通事故的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，側(cè)面碰撞在其中約占30%。與正面碰撞相比，汽車的側(cè)面結(jié)構(gòu)的緩沖空間小，發(fā)生側(cè)面碰撞時(shí)車內(nèi)駕駛員和乘員的受傷幾率相對(duì)較高。頭部損傷和胸部損傷是車輛側(cè)面碰撞中常見(jiàn)的損傷類型，并且是造成重傷和死亡的主要原因。B柱作為車身重要的安全結(jié)構(gòu)件，在整車側(cè)面碰撞中，B柱的耐碰撞性能對(duì)整車側(cè)面碰撞性能具有重要影響。本文采用仿真分析方法，對(duì)熱沖壓成形和冷沖壓高強(qiáng)鋼B 柱零件的耐碰撞性能進(jìn)行了對(duì)比研究。
仿真分析模型：可變形移動(dòng)壁障側(cè)面碰撞試驗(yàn)，如圖8，在移動(dòng)臺(tái)車前端加裝可變形蜂窩鋁，移動(dòng)壁障行駛方向與車輛垂直，移動(dòng)壁障中心線對(duì)準(zhǔn)車輛B柱，行駛方向與車輛垂直。
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圖4 車門(mén)應(yīng)力分布
1.5 車門(mén)柱碰安全分析
車門(mén)的安全性能測(cè)試一般采用側(cè)面柱碰的試驗(yàn)方法，根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)《汽車側(cè)面碰撞的成員保護(hù)》（GB 20071—2006），按照標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)車門(mén)添加約束并放置碰撞圓柱，設(shè)置圓柱初速度為50 km/h，總計(jì)算時(shí)間為0.025 s，考察車門(mén)的最大侵入量[5]。通過(guò)計(jì)算，本車門(mén)向艙室內(nèi)的最大侵入量為364.8 mm，如圖5所示。
另外，理想L9的電池組采用側(cè)防護(hù)梁和鋁合金外殼組成的雙重防護(hù)設(shè)計(jì)，即使在嚴(yán)苛的側(cè)面柱碰和底部托底測(cè)試中，也可以保證電池組的安全。
根據(jù)計(jì)劃，理想L9將于4月16日正式發(fā)布，價(jià)格區(qū)間為45-50萬(wàn)元（根據(jù)配置不同）。
圖9
側(cè)面柱碰：Steel和CFRP兩種狀態(tài)的前地板側(cè)面柱碰B柱最大傾入量結(jié)果如圖10所示，由此可知，在側(cè)面柱碰工況中，兩種狀態(tài)的前地板B柱最大傾入量基本一致，滿足性能目標(biāo)。
B柱熱成形板設(shè)計(jì)
01 斷面設(shè)計(jì)
B柱是車身上涉及安全性能最重要的安全部件之一，影響B(tài)柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有側(cè)面碰撞、側(cè)面柱碰、頂壓、翻滾等安全法規(guī)，因此：B柱需要具有足夠高剛度，在高速碰撞過(guò)程中以最小的變形來(lái)保護(hù)乘員的安全。B柱斷面是決定其剛度的最關(guān)鍵因素。
B柱熱成形板設(shè)計(jì)
1.斷面設(shè)計(jì)
B柱是車身上涉及安全性能最重要的安全部件之一，影響B(tài)柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有側(cè)面碰撞、側(cè)面柱碰、頂壓、翻滾等安全法規(guī)，因此：B柱需要具有足夠高剛度，在高速碰撞過(guò)程中以最小的變形來(lái)保護(hù)乘員的安全。
