基于行人保护的铝合金发动机罩盖结构优化设计

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1、2014中国汽车轻量化技术国际研讨会论文选登基于行人保护的铝合金发动机罩盖结构优化设计摘要：基于原钢质罩盖的行人头部保护性能，采用结构优化的设计方法，设计圆锥形内板结构的铝合金发动机罩盖。CAE仿真分析结果表明，在满足刚度性能要求的同时，铝合金罩盖具有更好的行人保护性能，且实现减重45.5%。同时为铝合金等轻质材料在汽车上的应用提供了借鉴作用。关键词：铝合金发动机罩盖行人保护结构优化设计中图分类号：U465.2+2文献标识码：B中国汽车工程研究院股份有限公司王锋范体强赵清江李阳重庆市汽车轻量化工程技术研究中心1前言2原钢质罩盖性能分析伴随

2、着汽车数量的增长，汽车尾气排放污染也受到人们的关注。在保证汽车驾驶性能的前提下，提高汽车的燃油经济性具有重大意义。相关资料显示，汽车质量每减轻100kg，油耗可减少0.2~0.3L/100km[1]。因此，越来越多的汽车企业开始注重轻量化技术的研究和应用。铝合金具有比重小、工艺性能好、耐腐蚀等一系列优点，因而铝合金的应用对于汽车的减重、节能、减排具有重要的意义。文献显示，采用铝合金材料代替钢质材料的汽车覆盖件，能够实现减重约50%[2]。采用铝合金材料代替钢制材料，应采用结构优化手段，使所设计的铝合金发动机罩盖的刚度性能及E-NCAP行人

3、头部碰撞保护性能不低于原钢制罩盖。2.1原钢质罩盖结构发动机罩盖由内板、外板、局部加强件组成。内、外板之间采用包边工艺连接，内板与加强件之间通过点焊工艺连接在一起，见图1。原钢质发动机罩盖外板采用DC04材料，厚度为0.7mm；内板采用DC05材料，厚度为0.7mm。铝合金材料和低碳钢材料参数见表1。图1原钢质发动机罩盖内外板结构2.2刚度分析分析罩盖弯曲刚度时，在发动机锁扣处加载z6汽车工艺与材料AT&M2014年第11期AT&MFIELD视界FAT&MOVISION约束材料密度ρ/g.cm-3弹性模量E/GPa泊松比μ载荷左缓冲块图4

4、罩盖扭转刚度边界条件向集中力100N，约束内板与铰链安装孔处全部自由度，同时约束支撑处3个自由度，罩盖弯曲刚度分析见图2。根据上述工况，计算得到加载点的z向位移量为6.05mm，发动机罩盖弯曲刚度分析z向位移见图3。2.088×1001.754×1001.494×1001.237×1009.797×10-17.225×10-14.654×10-12.082×10-1-4.893×10-2-3.061×10-1约束图5发动机罩盖扭转刚度分析Z向位移用儿童头型，若该点在随着罩盖运动而不移动的部件上（如风挡玻璃底部和刮水臂上）则使用成人头型[3

5、-4]。支撑处载荷WAD2100mm图2罩盖弯曲刚度分析A6.866×1006.002×1005.138×1004.275×1003.411×1002.547×1001.683×1008.198×10-1-4.384×10-2-9.075×10-1WAD1800mmWAD1500mmCWAD1250mmWAD1000mm图3发动机罩盖弯曲刚度分析Z向位移图6ENCAP行人保护头部碰撞区域划分分析罩盖扭转刚度时，在发动机右缓冲块安装处加载z向集中力100N，约束内板与铰链安装孔处全部自由度，同时约束左缓冲块处的自由度3，罩盖扭转刚度边界条件

6、见图4。根据上述工况，计算得到加载点z向位移量为1.76mm，发动机罩盖扭转刚度分析z向位移见图5。2.3行人保护分析根据欧洲新车评价规程（Euro-NCAP）行人保护V5.3.1版本要求，对发动机罩盖进行区域划分，见图6。头型碰撞投影点在包络线WAD1000与WAD1500线之间使用儿童头型；WAD1700与WAD2100线之间使用成人头型；投影点位于WAD1500与WAD1700线之间，若该点位于随着罩盖运动而移动的部件上（如罩盖表面）则使在简化模型中，主要考察发动机罩盖区域对头部碰撞的影响，因此仅对WAD1000至发动机罩盖后沿间的

7、区域进行分析，即采用儿童头部冲击器对发动机罩盖进行冲击。儿童头部冲击器模型依据法规建立，分析时头型冲击速度为11.1m/s，冲击方向应在车辆纵向垂直面内，相对于水平面的冲击角度为50°，且相对于前部结构应向下和向后[3]，见图7。50°12345612356图7ENCAP儿童头型碰撞示意图2014年第11期汽车工艺与材料AT&M7铝合金2.77710.33DC047.832100.3DC057.832100.3表1铝合金材料和低碳钢材料参数AT&MFIELD视界FAT&MOVISION采用简化的罩盖模型，将发动机罩盖有限元模型按照实车安装

8、情况施加约束条件。约束罩盖内板后部与铰链相连的左右4个螺栓孔的全部自由度，罩盖内板前部销轴固定孔除了绕x轴转动自由度外其他自由度全部约束[5]。行人保护儿童头型碰撞共进行36次碰撞分析，分析结