铝合金在汽车前防撞梁轻量化中的应用
2018-10-19 13:39:42
作者：本网整理 来源：铝加工
汽车前防撞梁一般隐藏在前保险杠里面以及车门内部，在较大冲击力作用下，弹性材料已经不能缓冲能量，真正起到保护车内乘员的作用，它是车身被动安全系统的一部分，防撞梁其实并不是让车子“防撞”，它的主要作用是传力。简单概括，防撞梁的作用是：低速碰撞能减少维修成本，高速碰撞有助于提高保护性，尤其在复杂真实的环境碰撞中。
一、汽车前防撞梁市场应用情况调查
汽车前防撞梁作为汽车的安全部件，通常采用金属材质，如高强度钢材和铝合金等。它一般由防撞横梁、吸能盒、吸能盒加强件及连接板组成。图1 示出汽车前防撞梁安装位置。图2 示出汽车前防撞梁实物图。
图1 汽车前防撞梁安装位置
图2 示出汽车前防撞梁实物图
通过市场调查，共统计65 款车型前防撞梁材料应用情况，自主品牌19 款车型，其中2 款车型应用铝合金防撞梁；合资品牌46 款车型，有10 款车型应用铝合金防撞梁。前防撞梁应用情况统计，如表1 所示。
表1 汽车前防撞梁应用情况统计表
调查结果显示：合资品牌铝合金防撞梁应用比例高于国内自主品牌2倍多，行业内铝合金防撞梁应用是发展趋势。铝合金防撞梁平均质量4.5kg，钢制防撞梁平均质量6.6kg，差值约32%，可见铝合金防撞梁轻量化优势明显。部分铝合金前防撞梁应用车型，如表2所示。
表2 部分铝合金汽车前防撞梁应用车型
二、汽车前防撞梁碰撞仿真对比分析
通过HyperMesh 软件建立前防撞梁碰撞模型，模型建好后导入LS- DYNA 软件进行防撞梁性能仿真分析。工况选择防撞梁正面碰撞，防撞梁材料选用6061 系铝合金，碰撞质量设置为1700 kg，选用速度为36km/h，计算时间设置为30ms。
图3示出高强钢汽车前防撞梁碰撞分析图。图3b显示高强钢汽车前防撞梁碰撞总能量约85kJ，其中48.2kJ 被吸收转化为内能，约56.7%的能量被吸收。
图3 高强钢汽车前防撞梁碰撞分析图
图4显示铝合金汽车前防撞梁碰撞总能量约85kJ,其中58.3kJ 被吸收转化为内能，约68.6%的能量被吸收。
图4 铝合金汽车前防撞梁碰撞分析图
比吸能即系统单位质量的吸能量，比吸能反映了不同材料和结构的吸能能力。在基于轻量化的结构设计中，希望结构件比吸能值越大越好。图5显示在30ms 时铝合金防撞梁比吸能为11.3kJ/kg，钢防撞梁比吸能为5.2kJ/kg。铝合金防撞梁的比吸能是钢防撞梁比吸能的2倍多。
图5 比吸能对比图
三、结论
在汽车产品制造中，逐步加大铝合金材料的应用比例是汽车轻量化的必然趋势，开发铝合金防撞梁是实现汽车轻量化主要途径之一，铝合金防撞梁经过设计验证后必将取代钢制防撞梁。
（1）根据仿真分析结果，正面碰撞铝合金防撞梁吸收能量优于钢制防撞梁，满足设计使用要求。
（2）铝合金相比钢材料有着密度小的优势，用铝合金结构代替传统钢结构，可使前防撞梁质量减轻30%～50%，轻量化效果显着。
（3）通过对比合资车企与自主车企铝合金防撞梁应用情况，可发现采用铝合金防撞梁是汽车轻量化未来趋势。
（4）对比防撞梁比吸分析结果显示，铝合金防撞梁吸能能力明显优于钢防撞梁，有助于提高整车安全性。
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