《淺析塑料后防撞橫梁的選材及設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《淺析塑料后防撞橫梁的選材及設(shè)計（5頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、淺析塑料后防撞橫梁的選材及設(shè)計 淺析塑料后防撞橫梁的選材及設(shè)計 2019/01/26 摘要：文章以某款車型為例介紹塑料后防撞的設(shè)計開發(fā)過程。文章系統(tǒng)性地對三種材料的性能、成本、輕量化效果、應(yīng)用成熟度等進行綜合對比，確定塑料后防撞梁選材方案為GMT（GlassMatreinforcedThermoplastics）材料；隨后根據(jù)材料特性及零件要求進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并根據(jù)CAE分析結(jié)果對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，避免了應(yīng)力集中，對局部補強從而提高強度，開發(fā)了滿足性能要求的GMT后防撞梁

2、。開發(fā)的GMT后防撞梁方案可減少生產(chǎn)工序，具有良好的輕量化效果。同時在此過程中積累了防撞梁設(shè)計開發(fā)的經(jīng)驗：拖鉤結(jié)構(gòu)的布置位置對后防撞梁性能影響很大，布置位置不合理將會導(dǎo)致拖鉤強度不足，拖鉤結(jié)構(gòu)位置要避免直接集成在塑料后防撞橫梁上。 關(guān)鍵詞：GMT；后防撞梁；設(shè)計開發(fā) 前言 后防撞梁傳統(tǒng)的材料為鈑金材料，與之相比，塑料后防撞梁的應(yīng)用具有以下優(yōu)點：1.具有輕質(zhì)、抗沖擊、易成型等特點，輕量化效果達46%-55%，能有效提升燃油經(jīng)濟性；2.集成后保橫梁、后保橫梁安裝板、后保橫梁連接板等9個左右沖壓件，減少生產(chǎn)工序、降低公差累積，提高裝配效率；3.塑料后防

3、撞梁在車輛發(fā)生低速碰撞時具有良好的吸能效果，能有效減小對車輛及人員的損害，且碰撞后形狀可以恢復(fù)至原狀態(tài)；而金屬防撞梁在被碰撞后，可能發(fā)生塑型變形，無法自行回彈[1-4]。由于塑料后防撞梁的應(yīng)用存在如此多的優(yōu)點，因此各大主機廠也正在積極開發(fā)應(yīng)用。例如國內(nèi)自主品牌吉利（博越、帝豪）、江淮（S3），合資品牌起亞（K3）、現(xiàn)代（途勝、悅動）、雪佛蘭（科魯茲）、Jeep(自由俠)等。眾泰作為自主品牌后起之秀，也在積極開展塑料后防撞橫梁的開發(fā)工作。本文以某款車型為例，首次系統(tǒng)地對塑料后防撞進行選材分析，確定最佳材料。再根據(jù)選定的材料特性進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過CAE仿真分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化完成開發(fā)，開發(fā)的后防撞梁性能

4、滿足使用要求并取得良好的減重效果。 1選材分析 通過調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)目前市場上塑料后防撞梁方案有GMT、PC+PBT、和LFT-D三種方案，據(jù)調(diào)研GMT目前應(yīng)用車型較多，成熟度最高，同時PC+PBT也有成功應(yīng)用案例，例如吉利帝豪等，而LFT-D為新興方案，尚不成熟，故選取PC+PBT和GMT兩種方案做對比分析。 1.1性能分析選取兩種典型的塑料后防撞后梁材料牌號做對比，兩種材料的基礎(chǔ)性能參數(shù)見表1，從表1中可以看出，GMT材料各項性能均優(yōu)于PC+PBT材料，其具有以下優(yōu)點：（1）強度高，成型產(chǎn)品可達到傳統(tǒng)鈑金性能要求；（2）具有較高的沖擊韌性，承載

5、性好；（3）具有較高的抗高溫變形的能力。 1.2成本、輕量化效果分析我們將2種復(fù)合材料方案與傳統(tǒng)方案的輕量化效果與成本進行對比分析，具體結(jié)果見表2。從輕量化效果來說，2種復(fù)合材料方案的減重均比較明顯，均在45%以上，2種方案之間減重效果相差不大，GMT后防撞梁減重比略高。然而將2種方案的價格與傳統(tǒng)方案進行對比，可以發(fā)現(xiàn)GMT方案比傳統(tǒng)方案增加30元/件左右，而PC+PBT方案的成本增加119元/件。因此從輕量化效果及成本方面考慮，GMT方案較為合適。 2結(jié)構(gòu)設(shè)計 常見的后防撞橫梁結(jié)構(gòu)為C型和反C型，C型結(jié)構(gòu)強度比較高，發(fā)生碰撞時對車身后結(jié)構(gòu)的保護

6、作用較其它結(jié)構(gòu)更顯著[5]。防撞橫梁的布置需要考慮各種法規(guī)試驗規(guī)范要求，還應(yīng)盡可能有效地保護車身其它部件。結(jié)合之前的各種低速碰撞要求，后防撞橫梁的布置需要考慮的因素主要有：后防撞橫梁中心離地高度、后防撞橫梁橫的長度（Y向）、后防撞橫梁距后保蒙皮等部件的距離、后防撞橫梁距后備箱蓋邊緣距離、后防撞橫梁距后尾燈表面距離等[6]。根據(jù)材料性能、后防撞梁的性能要求及常見的結(jié)構(gòu)，結(jié)合具體車型定位，設(shè)計形成C型后防撞梁結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計見圖1。該款塑料后防撞梁主要結(jié)構(gòu)有：（1）后保防撞梁本體；（2）托鉤螺紋管；（3）托鉤螺紋管安裝板，螺紋管通過螺紋管安裝板螺接的方式固定到防撞梁本體上，防撞梁通過六角法蘭面螺母安

7、裝到后地板縱梁安裝板上。該款GMT后防撞橫梁的與其他塑料后防撞橫梁的主要區(qū)別在于：受安裝位置限制，后防撞橫梁上集成了拖車安裝結(jié)構(gòu)，且其拖車安裝結(jié)構(gòu)不在安裝孔區(qū)域范圍內(nèi)。因此除了要滿足后碰的吸能要求外，同時要求在不同工況條件下，GMT材料在拖車過程中要有足夠的強度不致于破壞。對于此種塑料后防撞橫梁，拖車位置的強度性能要求較高。 3CAE分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化 接著進行CAE分析，驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性。塑料后防撞梁方案CAE分析主要包括碰撞安全分析（低速碰撞分析）和后拖鉤強度分析，涉及標(biāo)準(zhǔn)主要為GB17354-1998《汽車前、后端保護裝置》、GB32087-2015《輕型汽

8、車牽引裝置》。 3.1碰撞安全分析碰撞安全分析主要包括低速后正面碰撞、低速后偏置Y+300碰撞、低速60后碰撞三方面。根據(jù)設(shè)定的邊界條件，對3種工況進行分析，具體結(jié)果見圖2。從圖中可以看出：①低速（4km/h）后正面碰撞過程中，碰撞器離后背門最小距離為21.52mm，后背門可以正常開閉，滿足要求；②低速（4km/h）后偏置Y+300碰撞過程中，碰撞器離后背門最小距離為22.51mm，后背門可以正常開閉；③低速（2.5km/h）60后碰撞過程中，車輛的后背門在碰撞的作用下可以正常打開；車輛的后尾大燈在碰撞的作用下不會破壞，可以正常工作；在碰撞過程中保險杠上部分不會發(fā)生破壞，下部分

9、發(fā)生局部點破壞。 3.2后拖鉤強度分析對后拖鉤強度的分析見表3，根據(jù)不同工況的受力分析及結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，從蔡-吳變量和后防撞橫梁的應(yīng)力來看，沿X軸偏左25正向、沿X軸偏左25負向、沿X軸偏上5正向、沿X軸偏上5負向這4個工況的超出要求，存在風(fēng)險。因此需要通過調(diào)整后防撞橫梁關(guān)鍵位置以及傳力路徑上的料厚分布以及加強筋板的布置，優(yōu)化后防撞橫梁結(jié)構(gòu)，提升抗拉拽強度。 3.3結(jié)構(gòu)優(yōu)化針對后拖鉤強度問題將結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，主要優(yōu)化點為4個，如圖3所示：第1、2處位置修改過渡面，使其過渡平滑，從而減少應(yīng)力集中；第3處位置增加并調(diào)整加強筋，第4處位置調(diào)整安裝孔處的料厚從而加強安裝孔處

10、的強度，通過優(yōu)化后，再次進行CAE分析，驗證結(jié)構(gòu)是否合適。從優(yōu)化后的后拖鉤強度CAE分析中（表4）可以看出，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)的蔡吳變量均滿足要求，因此可以證明優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)滿足后防撞梁性能要求。 4經(jīng)驗總結(jié) 通過該項目我們總結(jié)經(jīng)驗如下：后拖鉤結(jié)構(gòu)的布置位置對性能影響很大，布置位置不合理將會導(dǎo)致拖鉤強度不足。拖鉤結(jié)構(gòu)位置要避免直接集成在塑料后防撞橫梁上，該種設(shè)計對塑料后防撞橫梁強度要求較高，在拖鉤拉的過程中，塑料后防撞橫梁位移較大，局部區(qū)域存在應(yīng)力集中。拖鉤位置一般可以采用如下三種布置方式：（1）直接布置在車架后縱梁上；（2）布置在地板上，但該種方案減重效果不好，需增加

11、加強版補強；（3）集成在塑料后防撞橫梁上，但必須保證在安裝孔區(qū)域范圍內(nèi)。 5結(jié)論 GMT材料在后防撞梁上的應(yīng)用可提高集成性，減少工序，具有更好的行人保護效果，輕量化效果明顯，已成為以塑代鋼以達到節(jié)能減排的有效途徑。本文以眾泰某款車型為例，首次系統(tǒng)地對塑料后防撞進行選材分析，確定最佳材料，同時介紹了眾泰塑料后防撞梁的設(shè)計開發(fā)過程，總結(jié)了后脫鉤位置布置的設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗。 參考文獻 [1]崔益華,陶杰.GMT片材及其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2003（4）:16-19. [2]頓棟梁,宋發(fā)寶,程康,等.GMT材料的制備工藝及其在汽車輕量化方面的應(yīng)用研究[J].汽車工藝與材料,2015(11):51-54. [3]趙勇.新型復(fù)合材料在保險杠緩沖梁中的應(yīng)用[J].上海汽車,2010(1):41-44. [4]雷紹闊,鐘國留,劉偉.淺論復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用[J].上海塑料,2017(2):8-12. [5]李書利.GMT材料在汽車后防撞梁上的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2010(4):54-56. [6]鄭明敏.一款SUV塑料后防撞梁設(shè)計方法[J].汽車實用技術(shù),2017(24):49-51.