李歡，李柏週，毛成明，劉寧，劉志波

基于數(shù)值仿真的十字型內(nèi)高壓成形吸能盒優(yōu)化設(shè)計

李歡1，李柏週1，毛成明1，劉寧2*，劉志波1

（1.一汽奔騰轎車有限公司，長春 130012；2.長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電學(xué)院，長春 130022）

實現(xiàn)吸能盒的高碰撞吸能性和低成本化設(shè)計。以傳統(tǒng)的方形沖焊結(jié)構(gòu)吸能盒為研究對象，將其優(yōu)化為十字型沖焊和十字型內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)吸能盒，并利用成形數(shù)值仿真技術(shù)對十字型內(nèi)高壓成形吸能盒進(jìn)行了成形性研究，還利用碰撞數(shù)值仿真技術(shù)對3種吸能盒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了碰撞性能研究。為提高碰撞吸能性，將傳統(tǒng)方形沖焊結(jié)構(gòu)吸能盒的4條主吸能常規(guī)傳力路徑，優(yōu)化為十字型沖焊和十字型內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)吸能盒的12條主吸能傳力路徑，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒同時能實現(xiàn)減重6.4%；利用成形數(shù)值仿真技術(shù)對十字型內(nèi)高壓成形吸能盒進(jìn)行了成形性研究，結(jié)果顯示十字型內(nèi)高壓成形吸能盒通過一模十二件生產(chǎn)，能具備優(yōu)良的可制造性和經(jīng)濟性，相比方形沖焊吸能盒，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒可實現(xiàn)降成本5.7%；利用碰撞數(shù)值仿真技術(shù)對3種吸能盒進(jìn)行正面100%碰撞和正面40%偏置碰撞性能研究，相比方形沖焊吸能盒，結(jié)果顯示十字型內(nèi)高壓成形吸能盒吸收能量分別增加12.8%和32.0%，碰撞力峰值分別降低8.4%和39.2%，比吸能分別增加20.5%和41.0%。相比方形沖焊吸能盒，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒可實現(xiàn)輕量化、低成本和高碰撞吸能性，同時還兼具優(yōu)良的可制造性的特點。

吸能盒；十字型；內(nèi)高壓成形；數(shù)值仿真；碰撞性

乘用車前防撞梁系統(tǒng)是乘用車被動安全的首道防線，吸能盒是前防撞梁系統(tǒng)中重要的吸能裝置，其通常安裝在前保險杠防撞梁和車身前縱梁之間；當(dāng)乘用車發(fā)生正面碰撞或者正面偏置碰撞時，需利用吸能盒有效的變形從而盡可能多地吸收碰撞能量，進(jìn)而保護(hù)車內(nèi)乘客的安全、減小對前機艙內(nèi)動力總成的破壞，所以通常要求前防撞梁的吸能盒設(shè)計需具備高碰撞吸能性的特點，同時還需兼顧成本因素。

對于傳統(tǒng)前防撞梁吸能盒，目前存在如下問題：1）對于采用鋁合金材料的吸能盒，由于鋁合金材料彈性模量低于鋼質(zhì)材料彈性模量，通常采用增加鋁合金材料的方式才能保證鋁合金吸能盒具備足夠大的吸能性，所以相比鋼質(zhì)材料吸能盒，鋁合金材料吸能盒成本較高，且無明顯的輕量化效果；2）對于采用鋼質(zhì)材料的吸能盒，通常為方形沖焊結(jié)構(gòu)，其在焊接匹配時需設(shè)置焊接搭邊，由于焊接搭邊的雙倍料厚、焊接熱影區(qū)的作用，會在焊接搭邊部位產(chǎn)生過硬區(qū)域，造成沖焊結(jié)構(gòu)吸能盒在碰撞時不能較充分地變形，所以減弱了碰撞能量的吸收，且在碰撞時其壓潰形態(tài)不規(guī)則、變形一致性差，對碰撞平穩(wěn)性也有一定的影響。圖1為應(yīng)用方形鋁合金吸能盒的前防撞梁總成示例。

圖1 應(yīng)用方形鋁合金吸能盒的前防撞梁總成示例

楊鄂川等[1]利用數(shù)值仿真技術(shù)對鋁合金多胞吸能盒的吸能性和碰撞力峰值進(jìn)行了研究，優(yōu)化后的九胞吸能盒提升了吸能性并降低了壓潰力峰值。徐濤等[2]利用數(shù)值仿真和試驗的方法對鋼質(zhì)漸變材料厚度的吸能盒進(jìn)行了壁厚分布、重量和吸能量等多目標(biāo)優(yōu)化研究。陳仙風(fēng)等[3]利用數(shù)值仿真技術(shù)分別對鋼質(zhì)方形沖焊結(jié)構(gòu)和方形內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)吸能盒進(jìn)行了碰撞性能研究對比，結(jié)果表明采用內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)吸能盒碰撞性能優(yōu)于沖焊結(jié)構(gòu)吸能盒。目前針對吸能盒的高碰撞吸能性、低成本化的結(jié)構(gòu)和工藝的研究，相關(guān)文獻(xiàn)較少。

為實現(xiàn)吸能盒的高碰撞吸能性和低成本化設(shè)計，本文以傳統(tǒng)的方形沖焊吸能盒為研究對象，將其優(yōu)化為十字型沖焊和十字型內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)，利用成形數(shù)值仿真技術(shù)對十字型內(nèi)高壓成形吸能盒進(jìn)行了成形性研究，利用碰撞數(shù)值仿真技術(shù)對3種吸能盒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了碰撞性能研究；結(jié)果表明相比方形沖焊吸能盒，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒可實現(xiàn)輕量化、低成本和高碰撞吸能性，同時還兼具優(yōu)良的可制造性的特點。

1 吸能盒產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計

對于前防撞梁總成中的吸能盒通常采用鋼質(zhì)沖焊結(jié)構(gòu)，一般采用方型截面[4-6]，其焊接在前防撞梁和安裝支座之間，如圖2所示。

為了提升前防撞梁吸能盒的碰撞吸能性，將傳統(tǒng)方形沖焊結(jié)構(gòu)吸能盒優(yōu)化為十字型沖焊結(jié)構(gòu)和十字型內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)，下文簡稱為方形沖焊、十字型沖焊和十字型內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)，如圖3所示為3種吸能盒結(jié)構(gòu)對比。

圖3 3種吸能盒結(jié)構(gòu)對比

將方形沖焊吸能盒和十字型內(nèi)高壓成形吸能盒延其中心軸線的截面周長均設(shè)置為315 mm，如圖4所示。

圖4 方形吸能盒和十字型吸能盒截面對比

3種吸能盒結(jié)構(gòu)的質(zhì)量對比如下：方形沖焊結(jié)構(gòu)和十字型沖焊結(jié)構(gòu)均為0.55 kg，十字型內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)為0.51 kg；相比方形沖焊結(jié)構(gòu)吸能盒，十字型內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)吸能盒可實現(xiàn)減重6.4%。

傳統(tǒng)方形沖焊吸能盒通常設(shè)置4條主吸能傳力路徑，如圖5a中的L1～L4所示；將方形吸能盒優(yōu)化為十字型沖焊結(jié)構(gòu)和十字型內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)吸能盒，在每個凸臺的平面和垂面相交處設(shè)置圓角，從而形成了12條主吸能傳力路徑，如圖5b中的L1′～L12′所示。

圖5 方形沖焊和十字型內(nèi)高壓結(jié)構(gòu)吸能盒對比

方形沖焊和十字型沖焊結(jié)構(gòu)吸能盒均采用鋼質(zhì)板料，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒采用電阻高頻焊管，上述3種吸能盒材料均采用SAPH440，機械性能參數(shù)如下：抗拉強度≥440 MPa，屈服強度≥280 MPa，延伸率≥29%，料厚為2.0 mm。

2 吸能盒內(nèi)高壓成形數(shù)值仿真研究

2.1 成形工藝設(shè)計

為驗證十字型內(nèi)高壓成形吸能盒的可制造性，依據(jù)十字型內(nèi)高壓成形吸能盒的結(jié)構(gòu)特點制定成形工藝，如圖6所示，具體工序包括：OP10管坯切割，利用循環(huán)鋸將鋼管切割至指定長度；OP20一模多件內(nèi)高壓成形，利用內(nèi)高壓成形設(shè)備和模具完成吸能盒一模多件管坯內(nèi)高壓成形；OP30單件切割，利用激光切割或循環(huán)鋸將一模多件內(nèi)高壓成形的吸能盒工序件切割為單件。

圖6 十字型內(nèi)高壓吸能盒一模多件成形工藝

為了降低制造成本、提升生產(chǎn)效率，對于上述OP20一模多件內(nèi)高壓成形工序，采用一模十二件出件形式，如圖7所示。

圖7 十字型內(nèi)高壓吸能盒一模十二件出件形式

圖8所示為十字型內(nèi)高壓成形吸能盒一模十二件截面周長變化率，其表征的是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)延中心軸線的截面變化劇烈的程度，由圖8可知變化率范圍為：0%～2.4%，可見吸能盒截面變化較為均勻，適用于內(nèi)高壓成形工藝。

圖8 十字型內(nèi)高壓吸能盒一模十二件截面周長變化率

2.2 建立仿真模型

依據(jù)上述十字型內(nèi)高壓成形吸能盒一模十二件出件形式，利用Autoform建立吸能盒內(nèi)高壓成形數(shù)值仿真模型，采用Hill屈服準(zhǔn)則，單元選用Elastic plastic shell，如圖9所示。

圖9 十字型吸能盒內(nèi)高壓成形數(shù)值仿真模型

2.3 內(nèi)高壓成形仿真結(jié)果

2.3.1 成形性分析

為優(yōu)化十字型內(nèi)高壓成形吸能盒的成形內(nèi)壓，將探究其在不同成形內(nèi)壓下的成形精度情況，主要包括減薄率和貼模率。圖10所示為成形內(nèi)壓范圍為60 MPa至160 MPa內(nèi)的十字型吸能盒最大減薄率和貼模率對比曲線；由結(jié)果可知，隨著成形內(nèi)壓的增大，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒壁厚最大減薄率從8.0%增大至17.0%，增大了9.0%，均滿足小于20%的要求；由結(jié)果還可知，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒貼模率從90.7%增加至100%，增加了9.3%，可見其成形精度均較好。

圖10 不同成形內(nèi)壓下吸能盒貼模率和最大減薄率對比

圖11所示為成形內(nèi)壓范圍為80 MPa至140 MPa時，十字型吸能盒最大減薄率對比。

圖12所示為成形內(nèi)壓范圍為80 MPa至140 MPa時，十字型吸能盒貼模率對比。

圖11 不同成形內(nèi)壓下十字型吸能盒最大減薄率對比

圖12 不同成形內(nèi)壓下十字型吸能盒貼模率對比

圖13所示為成形內(nèi)壓范圍為60 MPa至160 MPa時，十字型吸能盒最大貼模偏差對比曲線，由結(jié)果可知，隨著成形內(nèi)壓的增大，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒最大貼模偏差從2.02 mm降低至0.42 mm，降低了1.6 mm。

圖13 不同成形內(nèi)壓下吸能盒最大貼模偏差對比

下圖14所示為成形內(nèi)壓范圍同樣為60 MPa至140 MPa時，不同成形內(nèi)壓下吸能盒與產(chǎn)品數(shù)據(jù)的截面線對比。

圖14 不同成形內(nèi)壓下吸能盒與產(chǎn)品數(shù)據(jù)的截面線對比

2.3.2 確定最終結(jié)果

由于應(yīng)用內(nèi)高壓成形技術(shù)的汽車零件隨著成形內(nèi)壓增加時，所需內(nèi)高壓成形設(shè)備合模噸位、高壓源的壓力、高壓系統(tǒng)密封可靠性要求均會大幅增加[7-9]，這些因素均與生產(chǎn)成本直接相關(guān)，因此降低成形內(nèi)壓是降低內(nèi)高壓成形零件成本的根本途徑[10-11]，再綜合考慮成形精度對碰撞吸能性的影響，最終確定十字型內(nèi)高壓成形吸能盒成形內(nèi)壓只需80 MPa，相比汽車內(nèi)高壓成形零件常規(guī)成形內(nèi)壓范圍100～200 MPa，本文研究的十字型吸能盒具有較好的可制造性和經(jīng)濟性，采用80 MPa成形內(nèi)壓的其他工藝參數(shù)和成形結(jié)果詳見下文。

十字型內(nèi)高壓成形吸能盒成形加載曲線如圖15所示，成形內(nèi)壓采用80 MPa。

圖15 十字型內(nèi)高壓成形吸能盒加載曲線

OP10為管坯切割不予贅述，圖16所示為十字型吸能盒OP20一模十二件內(nèi)高壓成形數(shù)值仿真結(jié)果，由結(jié)果可知成形性較好，無合模咬邊問題，最大減薄率為11.6%，出現(xiàn)在上凸臺角處。

圖16 OP20一模十二件內(nèi)高壓成形數(shù)值仿真結(jié)果

圖17為十字型吸能盒OP30激光切割數(shù)值仿真結(jié)果，將一模十二件工序件分割成12個吸能盒。

圖17 OP30單件割數(shù)值仿真結(jié)果

圖18所示為采用80 MPa成形內(nèi)壓時，十字型吸能盒的貼模率和最大貼模偏差分析結(jié)果，貼模率為95.8%，最大貼模偏差為1.3 mm，由于此處尺寸偏差對碰撞性影響微小，所以80 MPa成形內(nèi)壓下的成形精度滿足吸能盒工程要求。

圖18 80MPa 成形內(nèi)壓下貼模率和最大貼模偏差分析結(jié)果

圖19為十字型吸能盒內(nèi)高壓成形數(shù)值仿真合模力分析結(jié)果，由結(jié)果可知內(nèi)高壓成形時合模力為10 800 kN，使用中小型內(nèi)高壓成形設(shè)備即可生產(chǎn)。

圖19 吸能盒內(nèi)高壓成形數(shù)值仿真合模力分析結(jié)果

利用成形數(shù)值仿真技術(shù)確定了十字型內(nèi)高壓成形吸能盒最終工藝參數(shù)和成形結(jié)果，主要內(nèi)容如下：合模力為1 080 kN，內(nèi)壓力為80 MPa，最大減薄率為11.6%，貼模率為95.8%，最大貼模偏差為1.3 mm；由此可知，一模十二件的十字型內(nèi)高壓成形吸能盒具備優(yōu)良的可制造性。

3種吸能盒方案的成本對比如下：方形沖焊結(jié)構(gòu)和十字型沖焊結(jié)構(gòu)均為10.5元/件，十字型內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)為9.9元/件；相比方形沖焊結(jié)構(gòu)吸能盒，十字型內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)吸能盒可實現(xiàn)降本5.7%；由此可知，一模十二件的十字型內(nèi)高壓成形吸能盒還具備較好的經(jīng)濟性。

3 吸能盒碰撞數(shù)值仿真研究

3.1 建立模型

依據(jù)GB 11551-2014《汽車正面碰撞的乘員保護(hù)》GB-T 20913-2007《乘用車正面偏置碰撞的乘員保護(hù)》碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)，建立碰撞數(shù)值仿真模型，使其最大程度地模擬真實碰撞試驗[12-14]。針對十字型內(nèi)高壓成形吸能盒、十字型沖焊吸能盒和方形沖焊吸能盒，利用ANSA軟件分別完成了正面100%碰撞和正面40%偏置碰撞數(shù)值仿真模型，見表1～2。

依據(jù)企業(yè)評價標(biāo)準(zhǔn)將3種吸能盒結(jié)構(gòu)的支座設(shè)置為剛性，兩端各負(fù)重100 kg，計算時間設(shè)置為30 ms；設(shè)置正面100%碰撞工況條件：固定剛性墻，100%的前防撞梁以50 km/h的速度縱向撞擊剛性墻；正面40%偏置碰撞工況條件：固定剛性墻，40%的前防撞梁以56 km/h的速度縱向撞擊剛性墻[15-18]；在碰撞數(shù)值仿真模型中賦予碰撞部件的材料參數(shù)見表3。

表1 正面100%碰撞數(shù)值仿真模型

Tab.1 Numerical simulation model for 100% frontal collision

表2 正面40%碰撞數(shù)值仿真模型

Tab.2 Numerical simulation model for frontal 40% biased collision

表3 碰撞仿真模型各部件材料參數(shù)

Tab.3 Material parameters of various components in the collision simulation model

利用Ls-Dyna求解和Hyperworks后處理，在正式仿真之前需先驗證碰撞模型的準(zhǔn)確性，總能量（Total Energy）包括內(nèi)能（Internal Energy）、動能（Kinetic Energy）和沙漏能（Hourglass Energy），通常要求沙漏能小于系統(tǒng)總能量的5%碰撞模型才算有效[19-21]，本文研究的碰撞模型沙漏能小于5%，所以碰撞模型有效，如圖20所示

圖20 碰撞模型準(zhǔn)確性驗證

3.2 仿真結(jié)果

搭載十字型內(nèi)高壓、十字型沖焊和方形沖焊吸能盒的前防撞梁分別進(jìn)行正面100%碰撞仿真和正面40%偏置碰撞仿真，其能量吸收對比曲線分別如圖21和圖22所示。

圖21 正面100%碰撞能量吸收對比曲線

圖22 正面40%偏置碰撞能量吸收對比曲線

由圖21～22可知，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒在正面40%偏置碰撞中所吸收的能量明顯大于其他2種結(jié)構(gòu)，另外在正面100%碰撞中，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒也存在吸能優(yōu)勢。

3種吸能盒在正面100%碰撞仿真和正面40%偏置碰撞仿真中的碰撞力峰值對比曲線，分別見圖23和圖24。

圖23 正面100%碰撞力峰值對比曲線

圖24 正面40%偏置碰撞力峰值對比曲線

在碰撞發(fā)生時過大的碰撞力峰值會增加乘員受傷、前機倉動力總成損壞及車身縱梁變形的風(fēng)險，所以碰撞力峰值是評價碰撞性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一[22-23]；由圖23～24可知，在正面100%碰撞和正面40%偏置碰撞中，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒的碰撞力峰值最低，而傳統(tǒng)的方形沖焊吸能盒碰撞力峰值最大。

3種吸能盒方案在正面100%碰撞和正面40%偏置碰撞中，吸收能量和碰撞力峰值對比見表4，由表4可知，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒吸收能量最多、碰撞力峰值最低，相比方形沖焊吸能盒，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒在正面100%碰撞和正面40%偏置碰撞中吸收能量分別增加12.8%和32.0%，碰撞力峰值分別降低8.4%和39.2%。

表4 3種吸能盒方案的吸收能量和碰撞力峰值對比

3種吸能盒方案在正面100%碰撞和正面40%偏置碰撞中，吸能盒變形結(jié)果見下表5和表6。

表5 正面100%碰撞數(shù)值仿真變形結(jié)果

Tab.5 Numerical simulation deformation results of 100% frontal collision

表6 正面40%偏置碰撞數(shù)值仿真變形結(jié)果

Tab.6 Numerical simulation deformation results of frontal 40% biased collision

比吸能指的是能量吸收與吸能結(jié)構(gòu)質(zhì)量的比值，其值越大越好[24-26]，3種吸能盒方案的比吸能和壓潰形態(tài)對比見表7，由表7可知，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒比吸能最優(yōu)，相比方形沖焊吸能盒，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒在正面100%碰撞和正面40%偏置碰撞中比吸能分別增加20.5%和41.0%，但質(zhì)量卻降低了6.4%；另外十字型內(nèi)高壓成形吸能盒逐級壓潰，其壓潰形態(tài)較優(yōu)。

表7 3種吸能盒方案的比吸能和壓潰形態(tài)對比

Tab.7 Comparison of specific energy absorption and collapse forms of three energy crashbox schemes

對于方形沖焊和十字型沖焊吸能盒，其在焊接匹配時需設(shè)置焊接搭邊，由于焊接搭邊的雙倍料厚、焊接熱影區(qū)的作用，會在焊接搭邊部位產(chǎn)生過硬區(qū)域，造成沖焊結(jié)構(gòu)吸能盒在碰撞時不能較充分地變形，所以減弱了碰撞吸收能量，增大了碰撞力峰值，且壓潰形態(tài)不規(guī)則、變形一致性差，對碰撞平穩(wěn)性也有一定的影響。綜上所述，經(jīng)對比分析3種吸能盒結(jié)構(gòu)，相比方形沖焊和十字型沖焊吸能盒，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒方案能量吸收最多、碰撞力峰值最小、比吸能最大及壓潰形態(tài)較優(yōu)。

4 結(jié)論

為實現(xiàn)吸能盒的高碰撞吸能性和低成本化設(shè)計，本文以傳統(tǒng)的方形沖焊吸能盒為研究對象，將其優(yōu)化為十字型沖焊和十字型內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)，利用成形數(shù)值仿真技術(shù)對十字型內(nèi)高壓成形吸能盒進(jìn)行了成形性研究，利用碰撞數(shù)值仿真技術(shù)對3種吸能盒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了碰撞性能研究，結(jié)果表明相比方形沖焊吸能盒，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒可實現(xiàn)輕量化、低成本和高碰撞吸能性，同時還兼具優(yōu)良的可制造性的特點，主要結(jié)果如下：

1）為提高碰撞吸能性，將傳統(tǒng)方形沖焊結(jié)構(gòu)吸能盒（其通常設(shè)置4條主吸能傳力路徑），優(yōu)化為十字型沖焊和十字型內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)吸能盒，其具備12條主吸能傳力路徑，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒同時能實現(xiàn)減重6.4%。

2）利用成形數(shù)值仿真技術(shù)對十字型內(nèi)高壓成形吸能盒進(jìn)行了成形性研究，結(jié)果顯示十字型內(nèi)高壓成形吸能盒通過一模十二件生產(chǎn)，具備優(yōu)良的可制造性和經(jīng)濟性；其成形內(nèi)壓僅需80 MPa就能實現(xiàn)良好的尺寸精度要求，相比方形沖焊吸能盒，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒可實現(xiàn)降成本5.7%。

3）利用碰撞數(shù)字化仿真技術(shù)對3種吸能盒進(jìn)行100%碰撞和正面40%偏置碰撞性能研究，結(jié)果顯示相比方形沖焊吸能盒，十字型內(nèi)高壓成形吸能盒吸收能量分別增加12.8%和32.0%，碰撞力峰值分別降低8.4%和39.2%，比吸能分別增加20.5%和41.0%，且壓潰形態(tài)較優(yōu)。

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Optimization Design of Cross Shaped Hydroforming Energy Crashboxes Based on Numerical Simulation

LI Huan1, LI Bozhou1,MAO Chengming1,LIU Ning2*,LIU Zhibo1

(1. FAW Car Co., Ltd., Changchun 130012, China; 2. Academy for Electromechanical, Changchun Polytechnic, Changchun 130022, China)

The work aims to achieve high collision energy absorption and low-cost design of energy crashboxes. Traditional square punch welded energy crashboxes were optimized into cross shaped punch welded and cross shaped hydroforming structures. The formability of the cross shaped hydroforming energy crashboxes was studied according to the forming numerical simulation technology, and the collision performance of three types of energy crashbox structures was studied according to the collision numerical simulation technology. To improve collision energy absorption, traditional square punch welded energy crashboxes usually of 4 main energy absorption and transmission paths were optimized to have 12 main energy absorption and transmission paths for cross shaped punch welded and cross shaped hydroforming structure energy crashboxes. The cross shaped hydroforming energy crashbox could achieve a weight reduction of 6.4% at the same time. The formability of the cross shaped hydroforming energy crashbox was studied according to the forming numerical simulation technology. The results showed that the twelve piece production of the cross shaped hydroforming energy crashbox with the first mock examination had excellent manufacturability and economy; Compared with square punching and welding energy crashboxes, cross shaped hydroforming energy crashboxes could achieve a cost reduction of 5.7%. Using the collision digital simulation technology, the performance of three types of energy crashboxes were studied for 100% collision and 40% offset frontal collision. The results showed that compared with square impact welding energy crashboxes, the energy absorption of cross shaped hydroforming energy crashboxes increased by 12.8% and 32.0%, respectively, and the peak collision force decreased by 8.4% and 39.2%, respectively. The specific energy absorption increased by 20.5% and 41.0%, respectively. In conclusion, compared with square punch welded energy crashboxes, cross shaped hydroforming energy crashboxes can achieve lightweight, low-cost, and high collision energy absorption, while also possessing excellent manufacturability.

energy crashbox; cross shaped; hydroforming; numerical simulation; collision performance

10.3969/j.issn.1674-6457.2024.01.021

U462.3

A

1674-6457(2024)01-0181-11

2023-09-14

2023-09-14

2024年度吉林省教育廳科學(xué)研究項目（JJKH20241782KJ）；2023年度吉林省職業(yè)教育與成人教育教學(xué)改革項目（2023ZCY294）；2023年吉林省高教科研重點自籌課題（JGJX2023C165)；2022年度吉林省高教科研項目（JGJX2022B62）

Scientific Research Project of the Education Department of 2024 Jilin Province(JJKH20241782KJ);Vocational Education and Adult Education Teaching Reform Project of 2023 Jilin Province（2023ZCY294）;Higher Education Research Key Self funded Project of 2023 Jilin Province(JGJX2023C165);Higher Education Research Project of 2022 Jilin Province(JGJX2022B62)

李歡, 李柏週, 毛成明, 等. 基于數(shù)值仿真的十字型內(nèi)高壓成形吸能盒優(yōu)化設(shè)計[J]. 精密成形工程, 2024, 16(1): 181-191.

LI Huan, LI Bozhou, MAO Chengming, et al. Optimization Design of Cross Shaped Hydroforming Energy Crashboxes Based on Numerical Simulation[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(1): 181-191.

（Corresponding author）