鋁合金在汽車前防撞梁輕量化中的應用

汽車的前防撞梁一般隱藏在前保險杠和車門內。在大沖擊力的作用下，彈性材料不再能緩沖能量，真正保護車內乘員。它是汽車車身被動安全系統的一部分。事實上，防撞梁并不能使汽車"防碰撞"，但它的主要功能是傳遞力。簡單來說，防撞梁的作用是：低速碰撞可以降低維護成本，高速碰撞有助于提高防護，尤其是在復雜真實的環境碰撞中。

1.汽車前防撞梁市場應用調查

汽車前保險杠作為汽車的安全部件，通常由金屬材料制成，如高強度鋼和鋁合金。一般由防撞梁、吸能盒、吸能盒加強件和連接板組成。圖1示出了汽車前碰撞梁的安裝位置。圖2示出了汽車前保險杠的物理視圖。

圖1汽車前保險杠安裝位置

圖2汽車前保險杠實物圖

通過市場調研，統計了65款車型前保險杠材料的應用情況，有19款車型為自主品牌，其中2款車型采用了鋁合金保險杠橫梁；合資品牌46款，10款采用鋁合金防撞梁。表1顯示了前防撞梁應用的統計數據。

表1汽車前防撞梁應用統計表

調查結果顯示，合資品牌鋁合金防撞梁的應用比例比國內自主品牌高出2倍以上，鋁合金防撞梁在行業內的應用是發展趨勢。鋁合金防撞梁平均質量4.5 kg，鋼制防撞梁平均質量6.6 kg，相差32%左右。可見鋁合金防撞梁在輕量化方面優勢明顯。一些鋁合金前保險杠應用模型如表2所示。

表2鋁合金汽車前保險杠的應用型號

2.汽車前防撞梁碰撞仿真對比分析

利用HyperMesh軟件建立前防撞梁的碰撞模型，模型建立后導入LS- DYNA軟件對防撞梁的性能進行仿真分析。在工作狀態下，選擇防撞梁正面碰撞，防撞梁材料為6061系列鋁合金，碰撞質量設置為1 700 kg，選擇速度為36 km/h，計算時間設置為30 ms

圖3是高強度鋼汽車前防撞梁的碰撞分析圖。圖3b顯示高強度鋼汽車前保險杠橫梁的總碰撞能量約為85 kJ，其中48.2 kJ被吸收并轉化為內能，約56.7%的能量被吸收。

圖3高強度鋼汽車前防撞梁碰撞分析圖

圖4顯示鋁合金汽車前保險杠橫梁的總碰撞能量約為85 kJ，其中58.3 kJ被吸收轉化為內能，約68.6%的能量被吸收。

鋁合金汽車前保險杠碰撞分析圖。

比吸能是系統單位質量的吸能量，反映不同材料和結構的吸能能力。在基于輕量化的結構設計中，希望結構件的比吸能值越大越好[1]。圖5顯示30 ms時鋁合金防撞梁的比吸能為11.3 kJ/kg，鋼防撞梁的比吸能為5.2 kJ/kg，鋁合金防撞梁的比吸能是鋼防撞梁的兩倍以上。

圖5比能量吸收對比圖

3.結論

在汽車產品制造中，逐漸增加鋁合金材料在汽車輕量化中的比重是必然趨勢。開發鋁合金防撞梁是實現汽車輕量化的主要途徑之一，經過設計驗證，鋁合金防撞梁將取代鋼制防撞梁。

1)從仿真結果來看，鋁合金碰撞梁的吸能性能優于鋼制碰撞梁，滿足設計要求。

2)與鋼鐵材料相比，鋁合金具有密度較低的優勢。重放