预溃拉伸吸能结构的构建、分析与优化

王建海，兰凤崇，曾立锵，陈吉清，宋 瑞

（1. 中汽研汽车检验中心（广州）有限公司，广州 510610；2. 华南理工大学机械与汽车工程学院，广东省汽车工程重点实验室，广州 510640）

前言

随着车身结构的快速迭代发展，人们对车辆的碰撞安全性和结构轻量化提出了更高的要求［1-2］。然而更好的碰撞安全性，往往须更高强度的乘员舱结构和更多的车身吸能结构［3］。因此，设计一种全新的碰撞吸能结构，在保证轻量化的同时显著提高吸能能力，是顺应目前车身结构发展的必要举措。

在车身结构中设置吸能结构，通过材料变形吸收碰撞产生的巨大能量，减小乘员受到的碰撞加速度，保证乘员舱的生存空间完整，是提升车辆碰撞安全性的重要举措［4-5］。传统乘用车通常可用轴向压缩变形的吸能盒结构实现吸能，然而目前大型商用车结构多为笼式框架，与乘用车区别较大，且商用车的吸能区域不足，难以在车身结构中布置足够的吸能盒［6-7］。为此，本文中创新性地提出利用材料屈服拉伸变形的过程实现吸能。通过与传统吸能盒结构的对比试验，证明了材料拉伸可以更充分地发挥材料屈服变形过程的材料吸能特性，实现更高的吸能效率。在此基础上，设计构建了一种利用拉伸吸能的结构，通过有限元碰撞仿真分析的方法验证了其有效性，并根据全因子试验结果对壁厚进行优化。

1 拉伸吸能方案的提出

1.1 拉伸吸能理论分析

材料的拉伸吸能主要是通过材料拉伸过程中发生沿受力方向的屈服变形，将外部能量转化为材料的拉伸应变能从而实现吸能的［8］，其吸能的特性与材料的属性息息相关。……