应用正交试验法汽车B柱轻量化设计分析

B柱是车身重要的承载结构件,对侧面碰撞安全具有重要影响,同时B柱也是轻量化设计的重要单元。根据B柱的结构特点和在车辆侧面碰撞中的结构形态,搭建B柱侧面碰撞仿真分析模型;根据分析结果和零件的可制造性分析,基于正交试验法对B柱的材料和厚度进行设计,并根据乘员的相对位置对激光拼焊的焊缝进行设计;根据侧面碰撞的侵入量和侵入速度对比,选出最优激光拼焊设计方案;基于侧面碰撞分析模型,对轻量化设计前后B柱的安全性进行对比分析。结果可知:随拼焊线向底部移动,危险区域的最大减薄率并不是线性增减,在可选取范围内将焊缝位置确定为距离底端380mm的位置;B柱选择拼焊板结构,下部材料为DP780,厚度为1.8mm,上部材料为DP590,厚度为1.6mm;采用激光拼焊结构的B柱重量减轻23.1%,各位置测量点的侵入量最高减少18.6%(D4位置),满足结构耐撞性的要求。     

基于可制造性的汽车B柱轻量化设计分析

针对B柱采用激光拼焊进行轻量化设计的问题,基于B柱的可制造性分析,采用了正交试验法,对B柱拼焊材料选定、焊缝位置设计、拼焊材料厚度等进行了研究。以B柱侧面碰撞安全性分析为基础,以碰撞过程中的最大侵入量和最大侵入速度为评价目标,对原设计方案和新设计方案的安全性进行了对比分析;在满足侧碰五星标准的前提下,将减重最多的方案作为最优的轻量化设计方案;对实际生产B柱的型面公差、最大减薄率、碰撞安全性进行了分析。研究结果表明:焊缝位置距离底端380 mm位置最优;当材料组合为DP800/DP600,厚度为1.8 mm/1.6 mm,B柱质量由4.449 kg降为3.50 kg,减重了21.3%;通过配合调整冲压工艺参数,B柱产品经检测后,型面合格率100%,最大减薄率21.1%,符合要求;侧面碰撞试验表明强度满足要求,且仿真与实验结果基本一致,误差在4%以内,分析结果可靠。     

基于正交试验法的汽车B柱结构优化设计

针对通过优化B柱结构来改善整车轻量化的问题,对B柱结构和材料进行了优化设计。选取了上下板厚度和焊缝等因素,建立了L9正交试验表,将质量、最大侵入量、最大侵入速度作为目标,进行了B柱结构优化设计,得到了DP780 1.5 mm,DP590 1.2 mm,焊缝高度为455 mm的最优组合;进行了落锤试验台架分析,对比了优化前后B柱的抗撞性和轻量化效果。试验结果表明:优化设计后B柱的抗撞击性能略有提升,侵入量、侵入速度明显降低,承载则有所增加,同时实现了轻量化11%。     

基于汽车侧面碰撞安全性B柱结构优化设计

侧面碰撞是重要的汽车安全性评价指标,在汽车发生侧面碰撞时,B柱结构起到重要的缓冲吸能和保护乘员的功能。基于碰撞法规,对汽车侧面碰撞进行分析,采取补丁板结构对B柱进行优化设计。根据侧面碰撞工况特点,建立B柱、安装支架、台车等组成的碰撞模型,对比不同速度下B柱各测点的侵入量、侵入速度和变形量的变化;基于分析结果,对补丁板结构进行设计;对比分析优化前后各参数的变化;将设计方案应用于某车型的优化设计,并进行试验验证。结果可知:在B柱碰撞变形关键区域增加补丁板进行局部强化,B柱其它区域不做强化处理的方法实现轻量化设计;采用补丁板结构的B柱设计可在降低侧面碰撞侵入量的同时实现B柱轻量化效果,较原设计重量减轻29.2%,各位置测量点的侵入量最高减少18.6%(D4位置);将该补丁板结构应用于某车型改进设计,仿真计算与试验侵入量相对偏差小于5%,改进B柱结构后的轿车碰撞仿真模型也较为准确,侧面碰撞试验中改进后的被试品轿车各项乘员安全评价指标全部达到法规要求;对比结果表明设计方法的准确性,为同类设计提供重要参考。     

基于侧碰安全性能的B柱结构对比分析

汽车B柱是汽车侧碰中重要的承载部件之一,对于B柱结构设计也是当前汽车厂家研究的主要方向。当前汽车市场竞争激烈,因此对于B柱低成本的高强钢结构设计还是大家研究的热点。B柱加强板在相同材料不同结构设计对于侧碰有着不同的影响。根据2015CNCAPC侧碰评价规则,通过侧面结构的侵入量、侵入速度的对比分析,研究同种材料不同结构的侧碰性能水平,并进行了A级车侧碰CAE仿真分析,最后实车侧面碰撞进行验证设计方案。     

基于碰撞安全性汽车前防撞梁总成轻量化设计

前防撞总成是汽车正面碰撞时最重要的承载件,起到吸收能量和保护乘员的作用,也是轻量化设计的重要结构。根据前防撞梁总成的结构特点,选取横梁和吸能盒作为研究对象,选择材料、厚度、截面形式等方面进行轻量化方案设计,选择最大加速度、侵入量、能量吸收和单位质量承载力等作为优化设计目标,对不同结构的零件进行优化设计。并对优化设计前后总成的性能进行对比分析,选择正面100%重叠工况和40%偏置碰撞工况进行对比分析,获取加速度、承载力等变化曲线。结果可知:优化设计后横梁材料DP980D+Z,厚度1.3mm;吸能盒的截面形式为十字形、无设计倾角,材料则选择高强钢DP780D+Z,厚度为1.6mm;轻量化后总成的加速度、侵入量、最大承载力均无明显变化,变化趋势基本一致;最大侵入量满足设计要求,最大承载力与实际值偏差为2.3%,满足要求;表明总成轻量化设计方案的可行性,为实际应用提供参考依据。     

基于侧面碰撞安全性的汽车车身结构优化设计

针对车身的侧面碰撞安全性与轻量化两学科相互制约的问题,建立某SUV侧面碰撞仿真模型进行研究,并对其仿真结果进行分析,分析得到对车身安全性有重要影响的关键构件并将其厚度作为设计变量;通过均匀试验设计获取试验数据,并用逐步回归方法构造整车侧碰安全性和轻量化等性能相关的响应面近似模型,然后运用序列二次规划法(SQP)结合基于自适应加权的多目标优化方法对车身结构进行多学科协同优化。在保证整车轻量化目标的同时,显著提高了车身侧面碰撞安全性。     

基于6σ稳健设计的轿车侧碰车身B柱轻量化研究

考虑不确定性因素的稳健设计是提高轿车设计中结构可靠性与碰撞安全性的有效途径。传统的轿车车身优化设计,由于忽略加工、制造和环境等不确定性因素,导致设计目标如碰撞性能或者轻量化效果不稳健。研究了考虑不确定性因素干扰下的6σ稳健性设计,以某轿车侧面碰撞为实例,首先根据相关碰撞法规建立了准确的有限元模型并进行了验证,然后在建立了确定性优化模型以及代理模型后,采用序列二次规划算法求得了最优解并进行可靠性分析,最后采用6σ稳健性设计方法对原车身B柱进行了轻量化研究和改进并与确定性优化结果以及原车身B柱进行了对比分析。分析结果表明,优化后的轿车车身B柱碰撞工况下性能稳健性得到全面的提高,且质量相比于原车身B柱减小了3.2%。     

考虑顶压与侧碰安全性的轿车车身B柱结构优化设计

综合考虑车顶强度和侧面碰撞的安全性能,对某型轿车的B柱结构进行了优化设计。采用高强度钢结构和拼焊板技术将B柱内外板分成上下两部分进行焊接。将4块拼焊板的高强度钢选型和厚度作为离散设计变量,同时对材料成本、车顶最大承载作用力、B柱侵入速度和侵入量进行约束,建立了B柱结构优化的数 学模型。采用移动最小二乘法构造近似模型,结合遗传算法对B柱拼焊板结构进行了优化设计。结果表明：在材料成本基本不变的情况下,B柱结构总质量减小了13.8%,B柱侵入速度、侵入量分别减小了5.6%和3.8%,车顶承载能力提高18.53%,有效地提高了车顶强度和侧面碰撞的安全性能。     

汽车内饰安全性验证

汽车安全技术分为主动安全和被动安全两种。在传统的观念中,汽车内饰件,如汽车仪表板总成、门内饰总成、立柱和侧围等都被认为是装饰件,没有和整车安全真正联系起来。整车安全规范,如整车正面碰撞、侧面碰撞、柱碰、行人保护等取决于车身结构、安全带和安全气囊等约束系统的设计,与汽车内饰的联系很小甚     

某右舵车型正面碰撞优化分析

针对某右舵车型在正面碰撞试验中出现前围侵入、转向管柱、CCB位置侵入较大问题进行分析,并提出解决问题的优化方案。通过运用Hypermesh及LS-Dyna软件进行整车碰撞仿真分析,优化后前围等车身关键位置侵入量均得到改善,前围最大侵入量由原来的269 mm减小到223 mm,转向管柱后移量由94 mm减小到30 mm,结果表明:优化真空助力器及制动踏板的布置位置同时加强乘员舱结构的方案是合理的。     

基于仿真分析的汽车B柱侧面碰撞性能设计

汽车车身B柱是侧面碰撞过程中最重要的载荷承载部件,其变形模式和能量吸收对其入侵速度和入侵量有重要影响,并最终影响乘员损伤。针对某车型B柱的侧面碰撞性能设计,首先建立了整车侧面碰撞仿真模型,然后采用从整车模型中提取B柱子系统模型的方法,从而大大提高计算效率,并对子系统模型进行了验证,基于该子系统模型完成了车身B柱的侧面碰撞性能优化设计。工程算例表明,该方法在B柱的性能优化设计方面具有较强的工程实用性。     

纯电动汽车正面碰撞性能仿真分析与优化

纯电动汽车因其结构特点,对其被动安全性要求较高。本文采用LS-DYNA和Hyper mesh软件对纯电动汽车进行正面碰撞性能仿真分析,分析了B柱峰值加速度、前门压缩量、方向盘X、Y、Z方向位移量、前围板侵入量和碰撞过程中乘员舱的完整性,并进行优化分析。分析结果表明:该纯电动汽车B柱左侧峰值加速度为37.9g,B柱右侧峰值加速度为35.4g,均小于设计要求值55g;左前门压缩量为50.9mm,右前门压缩量为49.12mm,均大于设计值30mm;方向盘X向侵入量为12.8mm,Y向侵入量为29.8mm,Z向侵入量为58.1mm,均小于设计值72mm;前围板侵入量为194.1mm,大于设计值120mm,乘员舱存在门槛钣金折弯现象,不符合设计要求。在座椅下方增加横梁进行优化,优化后前围板侵入量大于设计要求120mm,其他评价值均符合设计要求,有效提升了正面碰撞的性能,为后续前围板结构、材料优化提供方向。     

基于协同优化和多目标遗传算法的车身结构多学科优化设计

在汽车车身结构NVH和侧面碰撞安全性研究中,实施多学科多目标优化的可行性设计。通过试验设计制定试验方案并进行数据采样,构建考虑整车侧撞安全性、白车身模态、静态弯曲刚度、扭转刚度和轻量化等性能的响应面近似模型,然后对车身结构分别进行确定性和可靠性轻量化单目标设计。最后,运用多目标遗传算法结合多学科协同优化对车身结构进行多目标优化设计,获取Pareto最优化解集。研究结果表明:可靠性优化设计较确定性优化设计而言,能考虑产品设计和生产过程中的不确定性因素,保证产品稳健性;车身结构的多目标优化设计全面考虑了车身结构轻量化、NVH和碰撞安全性能等多学科之间的耦合和解耦;设计者可按需选择其满意的优化结果,这将大幅缩减产品开发周期、降低产品开发成本。     

基于热成形技术和耐撞性汽车B柱轻量化设计

B柱是汽车侧面碰撞重要的承载结构件,热成形技术作为先进的集工艺和材料于一体的技术,在汽车B柱上的应用越来越多。针对B柱进行热成形钢轻量化设计;根据高强钢减薄强度等效经典公式,从能量角度推导出新的强度等效公式,并根据工程应用对公式进行合理修正;基于修正后的强度等效公式,对汽车B柱原材料进行热成形钢替换设计,对零件的成形性和吸能特性进行对比分析,根据分析结果采用整车侧碰试验对轻量化效果进行验证,以验证方案的可行性。结果可知：根据强度等效原则,并补充了安全系数因子,考虑替换前后钢材料在材料参数因素、残余应力、尺寸偏差和屈强比因素的影响,修正了车身零件的材料强度等效减薄公式;对1500HS材料进行厚度设计,实现零件的材料-工艺-性能的最佳匹配,保证成形性和安全性的前提下,实现材料厚度由2.2mm降低到1.6mm,重量由原来的4.5kg降至3.2kg,轻量化减重达27.3%;基于C-NACP侧面碰撞分析工况,进行仿真和试验测试,结果表明优化前后均可以满足五星标准限值要求;同时试验与仿真误差4%以内,表明分析结果的可靠性。     

DP590钢的力学性能及在车身结构件的应用

为了研究高强度钢DP590的性能及在车身设计中的应用,基于微机控制电子万能试验机,对DP590的材料进行拉伸测试,结果显示材料的屈服强度达到486MPa,抗拉强度达到702MPa。通过建立侧面移动障碍壁碰撞模型,对汽车B柱进行侧面整车碰撞数值模拟,并分析了该成形件在碰撞中的抗撞击性能。重点研究了汽车B柱在碰撞模拟中的动态性能,并对碰撞过程中B柱的应力、塑性应变、速度及弯曲变形进行了详细分析,提出了对车身结构设计时,应整体分析其骨架布局,并对局部零部件的关键部位提出了布置吸能材料,以降低碰撞时产生的峰值应力。     

基于OptiStruct优化的汽车侧围结构耐撞性研究

侧面碰撞对乘员造成重大的伤害。基于拓扑优化设计和形貌优化设计,在概念设计阶段对侧围B柱进行耐撞性研究。运用Opti Struct对B柱模型进行拓扑优化和形貌优化,使得缩短开发周期减少成本的同时,也提高整车耐撞性能,减小质量。结果表明Opti Struct优化方法可以有效提高设计效率。     

轿车侧面碰撞安全结构改进方法研究

针对我国某一款侧面碰撞安全不符合《汽车侧面碰撞的乘员保护》标准要求的国产车型,通过深入分析该车型存在侧面碰撞安全问题的根源,结合轿车侧面结构安全设计普遍原则及与同类车型侧面碰撞变形结果的对比分析,提出了改进B柱、车门内壁的减速板、车门防撞杆和车门槛台阶等措施。为了验证改进方案的有效性,建立了该车型的侧面碰撞有限元模型,采用了有限元计算和基于PSM方法的假人损伤分析。仿真结果表明,改进方案能减小车门侵入量和明显降低假人损伤值,显著提高轿车的侧面碰撞安全性。     

某车型侧面柱碰工况安全性能分析及优化

针对某车型在Euro-NCAP侧面柱碰工况中车身结构强度不足、侧面入侵过大以及乘员伤害较大等问题进行分析。在LS-DYNA环境中建立该车型整车结构侧面柱碰仿真模型和驾驶员位约束系统仿真模型,通过完善传力路径、提升侧围以及前地板相关区域结构强度等优化方案,减小了该车型在侧面柱碰工况中的结构变形以及侧面入侵程度,最终实现乘员伤害的改善。     

车对车小重叠正面斜角碰撞的仿真研究

为了研究两车发生小重叠正面斜角碰撞事故时车体的耐撞性,联合Hyper Works和LS-DYNA软件建立了两车以48 km/h呈15°角发生碰撞的有限元模型。通过对该种碰撞工况的仿真计算,从碰撞侧B柱下端加速度、前围板侵入量云图和车身变形三个方面进行分析,结果表明:乙车的车体结构耐撞性较甲车更差。