镁合金轿车顶盖横梁结构设计与分析

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1、万方数据·设计·计算·研究·镁合金轿车顶盖横梁结构设计与分析高云凯1程金山1于会涛2(1．同济大学；2．上海大众汽车有限公司)【摘要】为了实现汽车车身结构的轻量化，针对国内某轿车车身顶盖横梁，设计了镁合金冲压件替代原来的钢结构横梁。并利用有限元仿真分析软件对比分析了钢结构横梁和镁合金横梁的模态、刚度、强度及顶压等性能。结果表明，镁合金件的结构设计与工艺是可行的，能达到原钢件同等的刚度、强度，而且与原钢件相比减重约40％。主题词：顶盖横梁轻量化镁合金有限元分析中图分类号：U463．82+1文献标识

2、码：A文章编号：1000—3703(2008)04—0009—04StructureDesignandAnalysisofMagnesium-AlloyCarRoofMembersGaoYunkail，ChengJinshanl,YuHuita02(1．TongjiUniversity；2．ShanghaiVolkswagenAutomotiveCo．，Ltd．)【Abstract]Inordertolightentheweightofadomesticearbodystructure，wede

3、signedmagnesiumalloyroofmembertosubstitutefororiginalsteelparts，andthemode，stiffness，strengthandroofcmshofsteelmemberandmagnesiumalloymemberwe托analyzedbyusingfiniteelementsimulationanalysissoftware．Theresultsshowthatnewstructureandprocessa∞feasible，t

4、heperformancesuchasthemode，thestiffnessthestrengthandroofcrashofmagnesiumalternativesachievethesanlelevelas商ginalsteelpart，andalternativesweightdecreasedabout40％comparedwiththeoriginalsteelparts．Keywords：Roofmembers,Light-weightstructure,Magnesiumall

5、oy，Finiteelementmethod1前言2顶盖横梁镁合金件结构设计到目前为止，汽车上共有60多个零部件采用镁合金，其中仪表盘基座、座位框架、转向盘轴、发动机气缸盖、变速器壳、进气歧管和汽车车身等7个部件镁合金使用率最高。按使用部位性质的不同，分为壳类和架类两类零件。壳类零件主要包括气缸盖、离合器壳、变速器壳、滤油器壳等；架类零件包括转向盘、仪表盘、风扇架、挡泥板架、踏板托架、转向支架等口】。但镁合金冲压件在汽车车身承载结构上的成功应用还很少，相关的文献资料也很少。本次顶盖横梁镁合金件的

6、主要设计思路是：在满足顶盖横梁功能和性能要求的前提下，尽量保持和周围结构件的配合，同时保持现有的附件不作改变；通过增加顶盖横梁的板材厚度和修改结构截面尺寸，来达到或超过原有钢结构件的强度和刚度，同时满足制造、安装等要求。结合有限元方法对该方案作仿真校核计算，以验证顶盖横梁镁合金件与原钢件具有同样的刚度、强度等指标，并对镁合金冲压件在车身承载结构上的应用做了初步尝试。2008年第4期顶盖横梁位于顶盖下部，主要起加强顶盖强度和固定内部零件的作用。因此，在顶盖横梁镁合金件设计时既要考虑顶盖横梁整体要达

7、到一定的刚度、强度要求，又要考虑其与内饰零件连接处的刚度、强度要求。同时镁合金结构件的防腐也是结构设计中需要考虑的一个重要方面。图1为顶盖前横梁钢板冲压件结构。1-工装孔2、7．遮阳板安装孔3．工装基准孔和面4、6、8．电泳漏液孔5．阻尼胶粘接槽9．阅读灯安装孔和面图1顶盖前横梁钢板冲压件结构2．1材料和制造工艺的选择在变形镁合金中，常用的合金系是镁一铝与镁一锌一锆。镁一铝系变形镁合金中铝的含量为0％-8％，一9一万方数据·设计·计算·研究·典型合金为AZ31、AZ61和AZ80镁合金，其中AZ

8、31镁合金具有良好的强度、塑性和耐腐蚀性能，而且价格较低，是最常用的合金之一[21。考虑到顶盖横梁的机械性能要求和制造工艺的可行性及成本，本次设计选用AZ31B镁合金，其密度为1．74mg／mm3，弹性模量为45GPa，泊松比为0．37。目前，大多数镁合金产品主要通过铸造的生产方式获得(包括传统的铸造工艺和新型的半固态铸造工艺等)。与铸造工艺相比，选用冲压工艺时镁合金热变形后合金的组织得到细化，铸造缺陷消除，产品的综合机械性能大大提高[3-53。由于顶盖横梁在汽车可靠性和安全性方面有重要作用，需