可轧制约束下VRB 薄壁结构的厚度分布优化方法研究*

陈有松，沈国民，段利斌

(1. 上汽集团商用车技术中心，上海 200483；2. 江苏大学汽车与交通工程学院，镇江 212013)

前言

薄壁结构具备优秀的耐撞性能与轻量化潜力，广泛应用于汽车车身结构设计。在实际汽车设计问题中，门槛、前防撞梁和B 柱[1]等通常承受横向冲击载荷，变形呈现为弯曲塌陷模式。研究薄壁梁结构的抗弯性能对车身结构耐撞性和轻量化设计具有重要指导意义。在弯曲塌陷模式中，通常大的塑性变形集中在塑料铰链附近，而结构的其余部分变形很小，造成薄壁梁弱承载区域材料浪费，而塑性铰区域材料不足[2]。为提高结构的耐撞性与轻量化性能，连续变厚度轧制工艺(variable－thickness rolled blanks，VRB)得以广泛应用于车身结构中，它通过柔性轧制技术调整轧辊之间的距离，使板材厚度可沿轧制方向变化[3]。设计人员根据承载工况合理分布结构的厚度，实现基于性能定制和功能定制设计，使材料利用率最大化，从而实现轻量化设计。

VRB 薄壁梁的厚度分布设计问题一直是研究热点。孙光永等[4]提出了功能梯度厚度管(functionally graded thickness，FGT)，即薄壁管的厚度服从幂指数分布形式，研究结果表明，FGT 管的耐撞性能和轻量化潜力远远优于传统等厚度管。Zhang等[5－6]研究了横截面变厚度薄壁方管的弯曲塌陷模式，并对横截面厚度分布进行了优化设计，有效改善了其抗弯曲性能。段利斌等[7－8]提出一种多段式变厚度帽型梁(tailor－rolled blank thin－walled structure，TRB－TH)，分别在三点弯曲载荷下和轴向压溃载荷下对其进行耐撞性和轻量化优化设计。……