基于仿真与试验的铝合金汽车碰撞横梁设计与成形研究.docVIP

基于仿真与试验的铝合金汽车碰撞横梁设计与成形研究 　　摘 要：针对某款车型钢制碰撞横梁进行全新轻量化设计，以该车钢制碰撞横梁静压试验性能参数为依据，通过优化方法设计出目标车铝合金碰撞横梁的截面形状及尺寸，同时确定了生产该铝合金碰撞横梁需要的材料性能。基于挤压仿真软件，根据该铝型材截面形状设计出平面分流组合模具，并设计挤压工艺方案，对该铝型材挤压过程进行数值模拟分析，经过对比后证明，仿真结果与试验结果吻合较好。优化后的碰撞横梁重量为1.3 kg，减重2.1 kg，减重百分比为61%，数值模拟结果对模具设计和挤压工艺的制订与优化具有直接指导意义。 　　关键词：铝合金；碰撞横梁；优化设计；挤压；仿真 　　中图分类号：TG379文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.06.01 　　Abstract：The lightweight design of steel front bumper beam for one kind of vehicle was conducted based on the performance parameters in static pressure experiments. The shape and size of cross-section of the aluminum front bumper beam were designed by FEM optimization， and the mechanical properties of the beam were determined. The aluminum profile extrusion divergent die and the extrusion process were designed， and the extrusion process was simulated based on the commercial extrusion simulation software. The simulation results agree well with the experimental results.The optimized bumper beam weighs 1.3kg， achieving a weight savings of 2.1kg and a weight reduction by 61%. The simulation results greatly help guide the mold design and the optimization of extrusion process. 　　Keywords：aluminium alloy； bumper beam； optimization design； extrusion； simulation 　　铝合金型材在汽车结构件应用中的需求越来越大，这意味着在进行方案设计时需要考虑零部件的结构和功能，对于合金的状态也需要精心设计和控制。汽车工程师在进行产品设计时，需要解决各种各样的工程问题，如轻量化的要求、合适材料的选择等等，这也有利于铝合金挤压型材生产者改善工艺，提高产品质量，从而为汽车工程应用提供有效的解决方案[1-4]。 　　本文针对某款车型钢制碰撞横梁进行全新轻量化设计，以仿真分析得到的性能参数为依据，设计目标车铝合金碰撞横梁的截面尺寸，并确定生产该铝合金碰撞横梁需要的材料性能。 　　对防撞横梁进行优化设计时采用三点静压的方法进行，由于其加载工况相对简单，采用有限元软件的优化功能对其进行优化，以确定防撞横梁的截面形状和尺寸。 　　1 碰撞横梁截面优化设计 　　拓扑优化是指在满足有关应力、位移、平衡等约束条件下，通过拓扑形式对所设计的结构件孔洞的有无、数量、位置以及相互联接方式进行优化，使结构达到某种性能指标最优。拓扑优化常以寻求材料最合理的分布为基本的设计思想，这也符合部件轻量化开发的要求。因此拓扑优化是部件轻量化开发概念设计阶段的一个重要设计手段。 　　汽车碰撞横梁的一个重要作用是在碰撞发生时使碰撞力尽可能沿吸能盒均匀地向后传递，所以汽车碰撞横梁必须满足一定的强度指标。 　　采用三点静压试验和仿真分析相结合的方法对碰撞横梁刚度进行分析。为了便于进行优化设计，采用等效静态载荷法来近似处理静压过程的压头载荷，并对横梁进行拓扑优化设计，原碰撞横梁三点静压试验其峰值支反力为9.0 kN，重量为3.4 kg。 　　取汽车碰撞横梁的1/2模型作为研究对象，模型整体作为设计空间，在横梁对称面上约束z向自由度，同时约束x、y向自由度，施加弯曲方向的挤压约束，在达到静压峰值载荷