[发明专利]乘用车前纵梁抗撞性设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车零部件的设计方法，更确切地说，本发明涉及一种乘用车前纵梁抗撞性设计方法。

背景技术

汽车被动安全性指汽车发生交通事故时，车辆能够对车内的乘员或车外的行人进行保护，以防止发生伤害或使伤害降至最低程度的性能。汽车车身结构在碰撞中能够以预定的方式变形，从而有效地吸收碰撞能量，产生良好的碰撞波形可以减轻乘员所受冲击伤害，为乘员提供生存空间，有利于乘员约束系统的匹配。车身结构的抗撞性主要是由薄壁梁形结构和接头组成的框架结构决定的，它们在碰撞过程中吸收大部分的碰撞动能，为乘员舱提供大部分的刚性。前纵梁是乘用车车身结构重要的纵向受力构件，其基本结构为薄壁梁形，设计良好的前纵梁可以在正面碰撞中吸收约30%-50%的能量，并具有一定的抗弯能力，防止前端结构侵入乘员舱。因此，合理设计前纵梁使其能够以预定的方式变形和吸能，是车身结构抗撞性设计的重要内容。

目前，前纵梁抗撞性设计方法多采用试验法结合有限元仿真分析。这种方法通常根据以往的经验进行设计，并通过试验法或有限元法进行性能验证。由于缺少对总体性能的把握，这种设计方法通常需要经历一个反复“试错”的过程，基本上是“设计决定性能”。因此，需要一种方法能够在试验或有限元仿真之前基本确定前纵梁的抗撞性能目标及结构设计参数范围，从而指导前纵梁的详细设计，实现从性能到结构的“性能驱动设计”，从而减少试验及仿真次数，达到缩短开发周期，降低开发成本的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术采用传统的“试错法”，即设计汽车前纵梁时需要反复修改计算机仿真模型、反复进行试验测试等问题，提供了一种基于薄壁梁抗撞性理论的乘用车前纵梁抗撞性设计方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的乘用车前纵梁抗撞性设计方法的步骤如下：

1推导多直角截面薄壁梁平均压溃反力表达式：

n个直角截面薄壁梁平均压溃反力的表达式为：

Pm=13.055nM0(lnh)1/3---(11)]]>

式中：P_m为平均压溃反力，单位为kN；n为多直角截面薄壁梁截面直角个数；M₀为单位长度塑性极限弯矩，单位为N·mm；l为多直角截面薄壁梁截面周长，单位为mm；h为多直角截面薄壁梁壁厚，单位为mm;

2设计前纵梁压溃子结构截面；

3推导矩形截面薄壁梁平均弯矩表达式：

矩形薄壁梁的平均弯矩表达式为：

M_m=(0.3～0.5)M_max   （17）

式中：M_m为矩形截面薄壁梁的平均弯矩，单位为N·mm；

4设计前纵梁弯曲子结构截面。

技术方案中所述的推导多直角截面薄壁梁平均压溃反力表达式的步骤如下：

1）确定矩形截面薄壁梁受轴向力作用时其超折叠单元能量耗散的表达式：

根据Wierzbicki和Abramowicz学者的矩形薄壁梁压溃理论，当矩形截面薄壁梁受到轴向力作用时会发生“叠缩”变形，从而产生超折叠单元；将矩形截面薄壁梁划分为四个中心角为直角的超折叠单元，取其中一个为研究对象，该单元的塑性变形简化为形面拉伸、绕水平固定铰线弯曲和绕倾斜塑性绞线弯曲，由塑性力学可以确定出各部分的能量耗散分别为：