尹志安

摘 要：時(shí)代發(fā)展迅速，汽車行業(yè)也由此獲得迅猛發(fā)展，因此對(duì)于汽車設(shè)計(jì)的需求開始攀升。促使相關(guān)學(xué)者在此類領(lǐng)域中研究變得越來(lái)越深入，相應(yīng)的問(wèn)題也隨之越加明顯。比如汽車車身結(jié)構(gòu)安全部件材料的匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中，就存著非常明顯的材料選取的盲目性，對(duì)于其厚度的優(yōu)化以及交互性等方面欠缺充分的考慮。本文為此進(jìn)行深入分析，并推出匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)分析的具體措施以供參考。

關(guān)鍵詞：汽車車身結(jié)構(gòu)；安全部件材料；匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)

近年來(lái)，隨著汽車安全事故發(fā)生率的上漲，人們的安全意識(shí)開始不斷提升，對(duì)汽車本身的安全性要求也開始不斷攀升。因此對(duì)汽車車身結(jié)構(gòu)安全部件材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得異常重要，而我國(guó)目前對(duì)汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究，大都只是對(duì)車身材料或者厚度實(shí)施優(yōu)化，并沒(méi)有充分考慮到其兩者的交互性，在性能的提升方面相當(dāng)有限。為此，文章針對(duì)車身材料的匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)方式進(jìn)行探討。

一、汽車碰撞的安全性設(shè)計(jì)分析

（一）安全性設(shè)計(jì)原則

車輛產(chǎn)生正碰對(duì)車內(nèi)的乘員造成嚴(yán)重的安全威脅，這就要車輛結(jié)構(gòu)本身必須具備良好的吸能性，這樣才能在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，迅速的將整車動(dòng)能加以吸收，由此將極大的滿足車體本身的加速度和其入侵量控制的匹配性[1]。對(duì)于汽車正碰的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下兩個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)：（1）乘員艙加速度降低，保證乘員不會(huì)受到強(qiáng)大的沖擊力。（2）應(yīng)將汽車 的前圍板侵入量和轉(zhuǎn)向柱后移量控制在較小的范圍，不可減少乘員的活動(dòng)空間，以此避免直接給乘員造成傷害。

（二）安全部件材料匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)方式

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)車身材料正碰的安全性設(shè)計(jì)工作時(shí)，大多都是主觀性的角度來(lái)選取所要設(shè)計(jì)的對(duì)象，而且實(shí)際的設(shè)計(jì)嚴(yán)重缺乏對(duì)材料和厚度間的交互性問(wèn)題。為此，針對(duì)此材料和厚度的交互性問(wèn)題，推出其匹配優(yōu)化的設(shè)計(jì)方式。首先，這種方式，主要是通過(guò)傳力路徑和能量分析的方式初步選取相應(yīng)設(shè)計(jì)部件。然后由此進(jìn)行敏感性的分析，這樣才能更準(zhǔn)確的找出最受影響的安全部件作為設(shè)計(jì)的對(duì)象，從而真正解決難以選取設(shè)計(jì)對(duì)象的問(wèn)題。同時(shí)可針對(duì)所選取的設(shè)計(jì)對(duì)象，采用優(yōu)選近似模型和多目標(biāo)優(yōu)化的方式對(duì)其厚度和材料實(shí)施匹配和優(yōu)化，這樣就充分的利用了兩者的交互性，真正實(shí)現(xiàn)材料和厚度的變量混合。

二、汽車安全部件的選定分析

（一）分析汽車傳力路徑

主要針對(duì)其正碰當(dāng)中的流動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行分析，可通過(guò)明確其車應(yīng)力變化和部件截面展開分析。其傳力路徑具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)（1）車輛本身和剛性壁障產(chǎn)生碰撞時(shí)，一旦其前保險(xiǎn)杠產(chǎn)生變形，會(huì)將力直接傳遞至上縱梁，然后通過(guò)上縱梁傳遞至A柱上端位置，最后直接向后傳遞[2]。（2）當(dāng)車輛和剛性壁障產(chǎn)生碰撞時(shí)，一旦其前保險(xiǎn)杠產(chǎn)生扭曲，會(huì)直接將沖撞力轉(zhuǎn)移至前縱梁，然后直接傳輸至A柱下端、門檻梁以及底板縱梁等位置，最后向后傳遞。（3）一旦車輛和剛性壁障產(chǎn)生碰撞，汽車A柱下端將直接受到前輪胎的作用力，而前輪會(huì)將其真所受的沖撞力轉(zhuǎn)移至A柱下端位置，進(jìn)而由此傳遞至門檻梁位置，最終由此向后傳遞。

（二）分析汽車能量分布

針對(duì)其傳力路徑安全部件的能量分析工作，主要是為了明確此類部件是否在傳力路徑上起到了相應(yīng)的吸能作用，然后據(jù)此明確發(fā)生正碰時(shí)的具體部件。

（三）分析汽車材料敏感度

對(duì)于汽車車身材料的匹配優(yōu)化，通常還需要對(duì)其敏感度進(jìn)行分析，具體可采用正交試驗(yàn)的方法進(jìn)行敏感度分析。通過(guò)這種敏感度分析的方式，能夠?qū)Χ喾N影響類因素的主次順序進(jìn)行有效的判定。車身材料一般都是使用高強(qiáng)度鋼，而使用更高強(qiáng)度的剛強(qiáng)度鋼需要較高的成本。所以，就必須保證所選擇的部件材料，其碰撞性能獲得更好的改善，這樣才能極大的避免汽車本身車身材料和成本的浪費(fèi)。

三、汽車安全部件材料的匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一）材料匹配模型分析

具體需要結(jié)合正碰部件的敏感度分析結(jié)果來(lái)選取對(duì)材料造成明顯變化和影響的部件材料作為設(shè)計(jì)的對(duì)象。具體通過(guò)敏感度分析，并結(jié)合多種材料的碰撞特性來(lái)明確哪些部件屬于最適宜的強(qiáng)度等級(jí)，可直接從備選材料當(dāng)中選取最適宜的材料作為其部件材料的取值范圍。一般正面碰撞中的安全部件材料優(yōu)化的數(shù)學(xué)計(jì)算模型主要是以下表達(dá)形式：

式中，m為汽車安全部件的質(zhì)量和，acc為乘員艙的加速度峰值，disp為前圍板的最大侵入量。

（二）材料匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程分析

針對(duì)汽車安全部件的材料匹配問(wèn)題必須充分考慮到其部件的材料和厚度，這屬于離散混合變量多目標(biāo)優(yōu)化的問(wèn)題。最常用的方式將離散變量直接當(dāng)作是連續(xù)變量的形式，然后將最優(yōu)點(diǎn)圓直接調(diào)整為相應(yīng)的離散值。不過(guò)，這種方式只能獲得局部的優(yōu)化，有時(shí)甚至在其可行域外。還有一種方式就是將連續(xù)變量實(shí)現(xiàn)離散化，一旦其離散的方式不正確，也將只能獲得局部的優(yōu)化。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于汽車安全部件材料的匹配優(yōu)化，需要采用傳力路徑和能量分布的形式來(lái)選擇其正碰相關(guān)部件，然后可直接通過(guò)敏感度分析的方式提取出其中的安全部件。再進(jìn)行模型計(jì)算的方式，得出優(yōu)化數(shù)據(jù)，最終運(yùn)用于車身的設(shè)計(jì)當(dāng)中，必然將有效提升汽車正碰耐撞性。

參考文獻(xiàn)：

[1]伍素珍，鄭剛，李光耀，田軒屹，劉勝.汽車車身結(jié)構(gòu)安全部件材料匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].鍛壓技術(shù)，2015，11：85-93.

[2]范子杰，桂良進(jìn)，蘇瑞意.汽車輕量化技術(shù)的研究與進(jìn)展[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2014，01：1-16.