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汽車側(cè)面碰撞安全性B柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究
周棟亮 2022/11/27 8:56:23
（接上頁）量加以模擬仿真。從仿真結(jié)果來看，侵入量最大的測(cè)點(diǎn)為D2，侵入速度最大的測(cè)點(diǎn)為D3，侵入量與侵入速度最小測(cè)點(diǎn)相同，均為D5。
2、基于仿真結(jié)果的B柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
本研究采用增加補(bǔ)丁板的方式，對(duì)B柱變形關(guān)鍵區(qū)域采取局部強(qiáng)化處理，之所以不對(duì)其他區(qū)域采取強(qiáng)化處理的原因是其他區(qū)域的變形問題不嚴(yán)重，為了達(dá)到輕量化設(shè)計(jì)目的，因而對(duì)局部采取強(qiáng)化處理[10]。根據(jù)模擬仿真結(jié)果可知，B柱的碰撞變形關(guān)鍵區(qū)域?yàn)镈2，此位置受碰撞影響產(chǎn)生的變形較大。所以，以D2點(diǎn)為中心采取局部強(qiáng)化。位于D2下方的區(qū)域不需要增加補(bǔ)丁板，此區(qū)域受門檻梁作用，強(qiáng)度較大。另外，模擬結(jié)果顯示D4以上區(qū)域發(fā)生的變形較小，可以忽略不計(jì)。由此可以界定補(bǔ)丁板的布設(shè)范圍。B柱外板材料為DP780，厚度1.2mm，增加補(bǔ)丁板材料為DP780，厚度為1.0mm，將補(bǔ)丁板與B柱外板焊接在一起，注意避開D2安裝孔。同時(shí)，去除B柱加強(qiáng)板。除此之外，B柱其他結(jié)構(gòu)保持不變。如圖2所示為B柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。
圖2 B柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型
2、B柱結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)
本優(yōu)化設(shè)計(jì)方案采取局部增加補(bǔ)丁板的方法優(yōu)化原B柱結(jié)構(gòu)，在重量控制方面體現(xiàn)一定優(yōu)勢(shì)。兩種B柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不同，B柱材料保持不變的情況下，采用不同的加強(qiáng)板材料，增加區(qū)域不同，且材料的厚度不同，導(dǎo)致B柱重量存在較大差異。如表1所示為不同B柱結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。
表1 不同B柱結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)
方案 B柱加強(qiáng)板材料 B柱材料 重量（kg）
增加補(bǔ)丁板 DP780（1.0mm） DP780（1.2mm） 2.9
原設(shè)計(jì) DP590（1.2mm） DP780（1.3mm） 4.1
原設(shè)計(jì)方案選擇DP780作為B柱材料，厚度為1.3mm，采用整體加強(qiáng)的處理方法，在整個(gè)側(cè)面增加加強(qiáng)板。其中，選取的加強(qiáng)板材料為DP590，材料厚度為1.2mm。本文提出的增加補(bǔ)丁板方案選擇DP780作為B柱材料，厚度為1.2mm，采用局部加強(qiáng)的處理方法，在關(guān)鍵處增加加強(qiáng)板。其中，選取的加強(qiáng)板材料為DP780，材料厚度為1.0mm。測(cè)量?jī)煞N材料應(yīng)用下的B柱重量，增加補(bǔ)丁板方案應(yīng)用下的B柱重量為2.9kg，原設(shè)計(jì)方案應(yīng)用下的B柱重量為4.1kg。由此看來，本文提出的增加補(bǔ)丁板在輕量化設(shè)計(jì)方面體現(xiàn)了一定優(yōu)勢(shì)，達(dá)到了預(yù)期優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。如果該設(shè)計(jì)方案在實(shí)踐應(yīng)用中可以有效控制侵入量，在原設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上，降低B柱碰撞侵入量，那么認(rèn)為該優(yōu)化設(shè)計(jì)方案可靠。
三、應(yīng)用測(cè)試分析
1、應(yīng)用案例
為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的增加補(bǔ)丁板優(yōu)化方案可靠，以某型轎車側(cè)面碰撞為例，搭建模擬仿真模型。以乘車人胸部位置碰撞安全保護(hù)不達(dá)標(biāo)作為B柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，采用逆向推理分析法，構(gòu)建三維數(shù)學(xué)模型。接下來，分別開展碰撞試驗(yàn)測(cè)試與模擬仿真測(cè)試。設(shè)定碰撞初始速度為50km/h，選擇A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)、D點(diǎn)、E點(diǎn)5個(gè)位置作為測(cè)點(diǎn)，分別開展碰撞試驗(yàn)測(cè)試與模擬仿真測(cè)試，對(duì)比測(cè)試結(jié)果，判斷模擬仿真結(jié)果可靠性。如果偏差控制在±5%以內(nèi)，則認(rèn)為仿真模擬結(jié)果可靠，那么運(yùn)用仿真模擬方法統(tǒng)計(jì)的不同加強(qiáng)方法應(yīng)用下的侵入量可以作為分析數(shù)據(jù)支撐。
2、汽車B柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
針對(duì)本案例中的轎車乘員胸部位置變形問題，經(jīng)過計(jì)算分析，找到B柱結(jié)構(gòu)需要加強(qiáng)剛度的位置，在此處增加補(bǔ)丁板，選擇DP780作為B柱材料，厚度為1.2mm，采用局部加強(qiáng)的處理方法，在需要加強(qiáng)剛度的位置焊接補(bǔ)丁板。其中，補(bǔ)丁板的加強(qiáng)板材料為DP780，材料厚度為1.0mm。如圖3所示為轎車B柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
圖2 轎車B柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3、應(yīng)用測(cè)試分析
（1）改進(jìn)后作業(yè)入侵量的試驗(yàn)與仿真測(cè)試
按照應(yīng)用方案，對(duì)B柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用開展試驗(yàn)與仿真測(cè)試，測(cè)量5個(gè)測(cè)點(diǎn)碰撞期間產(chǎn)生的入侵量，模擬測(cè)試結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表2所示。
表2 改進(jìn)后作業(yè)入侵量的試驗(yàn)與仿真測(cè)試結(jié)果
測(cè)試指標(biāo) 不同位置的入侵量（mm）
A B C D E
模擬測(cè)試結(jié)果 120.32 159.71 222.42 168.52 174.69
試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果 125.84 163.57 229.76 173.26 180.35
相對(duì)偏差（%） -4.39% -2.36% -3.29% -2.74% -3.14%（未完，下一頁）
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