[发明专利]基于独立评价工况的前防撞梁总成轻量化设计方法

摘要

本发明公开了基于独立评价工况的前防撞梁总成轻量化设计方法,克服前防撞梁总成在结构改进及轻量化设计阶段缺乏考虑多种碰撞工况对其性能影响及对其性能的验证只在整车中进行的问题，步骤：1)选取多种碰撞工况：选择能综合反映前防撞梁总成抗撞性能的多种形式的碰撞工况；2)确定前防撞梁总成的轻量化设计性能目标：在各个碰撞工况下基于整车抗撞性确定前防撞梁总成的性能目标；3)建立前防撞梁总成独立评价工况与其有效性验证：建立前防撞梁总成的独立评价工况，并对独立工况进行有效性验证；4)基于独立评价工况的前防撞梁总成轻量化设计：以确定的防撞梁总成的性能目标为约束条件，以独立评价工况为载体，对前防撞梁总成进行轻量化设计。

主权项

1.一种基于独立评价工况的前防撞梁总成轻量化设计方法,其特征在于，所述的基于独立评价工况的前防撞梁总成轻量化设计方法的步骤如下：1)选取多种碰撞工况：选择能综合反映前防撞梁总成抗撞性能的多种形式的碰撞工况；2)确定前防撞梁总成的轻量化设计性能目标：在已选各碰撞工况下基于整车抗撞性确定前防撞梁总成的轻量化设计性能目标；3)建立前防撞梁总成独立评价工况与其有效性验证：基于选择的碰撞工况建立前防撞梁总成的独立评价工况，并对独立评价工况进行有效性验证；步骤如下：(1)建立基于正面全宽高速碰撞工况的前防撞梁总成独立评价工况：a.将前防撞梁总成中左侧吸能盒(2)与右侧吸能盒(8)的后端采用高速左侧底端约束(12)与高速右侧底端约束(13)固定，建立一刚性墙(14)，用以代替散热器模拟其与防撞横梁(1)接触的过程，刚性墙(14)的相对位置、大小与质量均与整车中散热器组件一致，用刚性壁障(3)撞击前防撞梁总成这种形式来等效；b.根据前防撞梁总成在整车碰撞中的吸能量与能量守恒原理确定刚性壁障(3)的初始动能E_af与刚性壁障(3)的质量m_f；(2)建立正面40％重叠低速碰撞工况的前防撞梁总成独立评价工况：a.将前防撞梁总成中左侧吸能盒(2)与右侧吸能盒(8)的后端采用低速左侧底端约束(15)与低速右侧底端约束(16)固定，用刚性壁障(3)撞击前防撞梁总成的方式建立；b.根据前防撞梁总成在整车碰撞中的吸能量对刚性壁障(3)的初始动能进行校正，最终确定刚性壁障(3)的初始动能E_ar与刚性壁障的质量m_r；(3)基于前防撞梁总成独立评价工况的有效性验证：a.对独立工况与整车各工况下前防撞梁总成变形模式、侵入量与各部件吸能量进行统计与对比，若侵入量与各部件吸能量误差不超过5％，则认为独立工况下前防撞梁总成的吸能效果与在整车中保持一致；b.在独立工况中提取截面位置的截面力和整车正面全宽高速碰撞工况与正面40％重叠低速碰撞工况中纵梁处的截面力进行对比，若截面力误差不超过5％则说明独立评价工况的有效性；4)基于独立评价工况的前防撞梁总成轻量化设计：以确定的前防撞梁总成的轻量化设计性能目标为约束条件，以独立评价工况为载体，对前防撞梁总成进行轻量化设计；步骤如下：(1)基础车型的防撞横梁设计目标约束条件：正面全宽高速工况:Δ﹤0.08(N₁+N₂)正面40％重叠低速工况:侵入量＜d静压工况：105％F_max＜最大接触反力＜130％F_maxN₁和N₂分别为基础车型的截面力曲线的第1峰值、第2峰值；F_max为防撞横梁静压反力峰值；d为防撞梁总成侵入量的设计目标数值；优化目标：质量最小；(2)基础车型的左侧吸能盒(2)与右侧吸能盒(8)设计目标将平均结构力max(F,F_m)作为左侧吸能盒(2)与右侧吸能盒(8)轻量化设计的设计目标；max为最大值函数；F为正面全宽高速碰撞工况平均轴向结构力；F_m为正面40％重叠低速碰撞工况平均轴向结构力；(3)前防撞梁总成轻量化方案设计a.轻量化措施包括结构优化、使用轻质材料以及使用先进的成型工艺以提升材料性能，挤压成形根据需要在防撞横梁(1)结构各处设置不同壁厚，因此，将对日字形截面形式的铝合金6061T6防撞横梁(1)进行参数优化设计，选择最优拉丁超立方方法对壁厚进行试验方案设计,在建立的独立工况中以性能指标为输出结果进行仿真计算，通过比较正面全宽高速碰撞工况下的截面力、正面40％低速碰撞工况下的侵入量与静压工况下的接触反力，寻找最优的防撞横梁各参数组合方案；b.对左侧吸能盒(2)与右侧吸能盒(8)进行轻量化设计的过程即对吸能盒参数进行优化组合的过程，采用正交试验方法，借助有限元软件改变截面形式、材料选择、厚度和倾角，得到左侧吸能盒(2)与右侧吸能盒(8)平均结构力F，以平均结构力F与质量M的比值作为评价指标，分析截面形式、材料选择、厚度和倾角对左侧吸能盒(2)与右侧吸能盒(8)特性的影响程度以及寻找最优的参数组合，为轻量化方案设计提供指导；(4)前防撞梁总成轻量化方案性能验证根据以上步骤确定轻量化方案，并将轻量化方案与整车集成在不同碰撞工况下计算，分别选择碰撞波形的简化波形的第一台阶高度G1和第二台阶高度G2值、最大侵入量和左侧吸能盒(2)与右侧吸能盒(8)平均结构力与目标波形、目标接触力位移曲线进行对比，若误差值均不超过5％，则验证了轻量化方案的可行性。