铝合金汽车前碰撞横梁的轻量化设计与碰撞性能分析

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1、第22卷第1期中国有色金属学报2012年1月、，01．22NO．1TheChineseJournalofNonferrousMetalsJan．2Ol2文章编号：1004-0609(2012)1-0090—09铝合金汽车前碰撞横梁的轻量化设计与碰撞性能分析王冠一，周佳一，刘志文一，李落星1,2刘波，李晓青。，刘扬胜(1．湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙410082；2．湖南大学材料科学与工程学院，长沙410082；3．重庆长安汽车股份有限公司汽车工程研究院车身技术研究所，重庆401120)摘要：基于显式动力学有限元分析软件，以混合细胞自动机(HCA)

2、作为优化计算模型，对铝合金前碰撞横梁的结构进行优化设计。针对拓扑优化结果，采用模拟退火法优化横梁壁厚尺寸，获得薄壁、中空且带有加强筋结构的铝合金前碰撞横梁设计方案。以6061铝合金前碰撞横梁替代某车型原钢质横梁，通过台车碰撞进行仿真模拟与实验验证。结果表明：铝合金前碰撞横梁比原钢质前碰撞横梁质量减轻了25％，且具有较高的抗弯曲强度，低速碰撞下，铝合金前碰撞横梁较原钢质件系统吸能提高了45．6％。关键词：铝合金：碰撞横梁；混合细胞自动机；吸能性能：拓扑优化中图分类号：TG146．21文献标志码：ALightweightdesignandcrashperformance

3、analysisofautomotivealuminumbumperWANGGuan，_，ZHOUJia一，LIUZhi．wenI_，LILuo．xing一，LIUBo，LIXiao．qing3LIUYang-sheng3，(1．StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufactureforVehicleBody,HunanUniversity,Changsha410082，China；2．CollegeofMaterialsScienceandEngineering，HunanUniversity,Changsha41008

4、2，China；3．BodyTechnologyResearchDepartment，AutomotiveEngineeringInstitute，ChongqingChanganAutomobileCo．Ltd．，Chongqing401120，China)Abstract：Thefiniteelementanalysissoftwarebasedonexplicitdynamicmethodwasappliedtothetopologyoptimizationofaluminumbumperusinghybridcellularautomata(HCA)asan

5、optimizingmode1．Theresultsoftopologyoptimizationshowthatthesimulatedannealingmethodcanbeusedfortheoptimizationdesignofthebumperthickness，andthethin·walled，hollowaluminumbumperwithreinforcedribsisobtained．Theoriginalsteelbumperwasreplacedby6061aluminumalloy．Boththecarcrashsimulationande

6、xperimentwereperformed．Theresultsindicatethatthemassofaluminumbumperis25％lighterthanthatoftheoriginalsteelbumper．Thealuminumbumperhashigherflexuralstrengththantheoriginalsteelbumper．Atthesametime，thecrashenergyabsorptionofthealuminumbumpersystemis45．6％higherthanthatoftheoriginalsteelbu

7、mpersysteminlow-speedcollision．Keywords：aluminumalloy；bumper；hybridcellularautomata；energyabsorption；topologyoptimization汽车保险杠一般由塑料保险杠壳体、碰撞横梁和汽车的安全防护装置之一，可在车辆碰撞中吸收缓和左右两个碰撞盒以及其他部件组成。汽车碰撞横梁是外界冲击力，以提高车身碰撞安全性能】。铝合金具基金项目高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20090161110027)；湖南省杰出青年基金资助项目(09JJ1007)；重庆市科技攻关计划