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两种截面结构车架纵梁轴向碰撞性能分析 吕 松 郑 毅 郑卫刚 1武汉理工大学能源与动力工程学院 武汉 430063 2武汉理工大学工程实训中心 武汉 430063 摘 要：运用非线性有限元理论建立了方形和方锥形2种不同截面薄壁直梁的有限元模型，研究了这2种 截面薄壁直梁结构在轴向冲击载荷作用下的能量吸收与变形特性，并对其碰撞性能进行了对比分析。结果表明， 在低速和高速时方锥形截面薄壁直梁的变形吸能较稳定，其碰撞性能比方形梁好。 关键词：车架；薄壁梁；耐碰撞性；有限元模型 中图分类号：U463．32 文献标识码：A 文章编号：1001—0785 (2013)08—0098—03 Abstract：Thefiniteelementmodelsforbethsquareandconecross-sectionsofthin．walledbeamsalebuiltbynon— linearfiniteelementtlleory．withresearchontheenergyabsorptionanddeformationfeatureofthesetwocross．sectionsof beam structuresundertheimpactof axialforce。andcomparisonandnaalysisfortheircrashworthiness．Th eresultshows htatatbotlllow andhighspeeds．hteconecross-sectionthinwalledbeam isprovidedwiht stabledefomr ationna deneryg． basorption，andbettercrashworthinesshtansquareone． Keywords：frame：htin．walledbeam：crashworthiness：finiteelementmodel 形 (塑性弯曲、塑性扭 曲、塑性屈 曲等)吸收 0 引言 和消耗能量 ，产生一定的压溃行程 ，从而达到 汽车发生正面碰撞时，靠车身 “压溃区”的 吸收车辆的动能、减小车辆加速度 的目的。金 塑性变形来吸收碰撞动能，试验研究表明，当汽 属薄壁构件作为传统、有效 的缓冲吸能装置， 车以48km／h的速度发生正面碰撞时，其前端纵 已经在车身吸能体系的设计 中得到了广泛 的应 梁吸收约50％一70％的碰撞能，车架纵梁的碰撞 用。薄壁金属构件的吸能特性除与结构材料有 性能对整车的碰撞性能具有决定性的影响。因此， 关 ，还与横截面形状 、壁 厚等几何参数密切 设计具有较高吸能结构的前纵梁成为汽车碰撞安 相关。 全性研究的一个重要内容。 国内外的学者对薄壁直梁进行的实验与仿真 考虑设计成本及试验成本，需对不同结构薄 研究大多集中在正方形、矩形、圆形等截面形状 壁直梁在轴 向冲击载荷下的能量吸收与变形特性 直梁的研究，对锥形截面梁的研究较少 。本文针 进行模拟分析。运用非线性有限元理论建立薄壁 对汽车结构的耐碰撞性要求，建立了正方形和方 直梁有限元模型，然后用Ansys非线性有限元软件 锥形薄壁直梁的有限元模型，研究了这2种结构 对薄壁梁受轴向冲击载荷状态下的耐碰撞性能进 耐碰撞性薄壁梁在轴向冲击载荷作用下的能量吸 行数值模拟分析，是较精确和简便的仿真方法。 收与变形特性。 1 研究背景 2 薄壁梁的数字模拟及仿真 对薄壁杆件受轴向冲击载荷状态下的耐碰撞 2．1 模型的建立及条件的设定 性能进行了数值模拟分析。良好的吸能结构能将