汽车驱动桥设计【轻型货车驱动桥设计】【主减速器采用单级主减速器驱动桥】
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轻量化设计的汽车零部件用高强度钢来抗凹 张研 来新民 朱平 王吴荣摘要 轻巧耐撞性是汽车车身设计的两个重要因素。在这篇文章中,基于浅壳理论,表达抗凹刚度的双曲率扁壳是在集中载荷条件下取得的。该临界负荷导致当地琐碎的凹痕在该中心的浅壳被视为轻量级对汽车零部件的重要影响指数。本规则适用于轻量化设计的保险杠系统用高强度钢代替温和钢。耐撞模拟轻量级的一部分,证明了轻量化进程的有效性。关键词: 高强度钢 轻量 抗凹1、介绍 近年来,由于汽车保有量的急剧增长,大大影响了社会和人们的生活,这种情况带来了很多严峻的问题比如能源危机,环境污染。国际铝组织协会声明石油的消耗可降低8-10与减少约10的汽车重量。因此,汽车轻量化是节约燃料的一个基本方式。 为了减少汽车的重量,这又两个较好的方法。一种方法是重新设计汽车零部件优化其结构,通过使用细薄的、空心的、小型的和混合材料的零部件,来减轻汽车的重量。另一种是使用新的轻型材料,如今这种材料越来越多,如铝合金,高强度钢,复合材料都被广泛作为轻质材料以取代传统材料如低碳钢。这些材料可以显着的减轻汽车的重量。使汽车轻量化材料替换比优化结构更有效。根据引进的汽车安全法规,轻量化设计的车身中耐撞性和安全性被视为先决条件。高强度钢被广泛的应用于汽车上以代替传统的低碳钢。 高强度钢板可用于汽车车身来提高部件碰撞能量吸收能力和耐塑性变形能力。汽车体重可减少通过使其零部件用一个更薄厚度的高强度钢板取代低碳钢板来制造。与铝相比,镁,复合材料和高强度钢具有更好的经济性因为这些材料的原料和制作费用比较便宜。此外,高强度钢可直接应用到生产线上,包括成型,焊接,装配和油漆。经营成本节省了,因为没有必要对整个线路进行调整。 在车身外,有几个薄的金属板,其中大部分是浅水面板。凹痕阻力是有能力保持形状对沉没挠度和地方凹痕在外力的作用下。凹性汽车板成为汽车的一个重要方面和质量标准。因此,抗凹刚度的汽车板应在面板设计和制造过程中被测试和评估。一些报道的测试方法列举如下: 1)、在外力不变的情况下,测量位移沉没挠度的fp 2)、测试外力F到获得固定位移沉没偏转量 3)、在外力载荷作用下测试得边坡力位移曲线 在这篇文章中,第二种方法将被采用,该表达抗凹刚度双曲率浅壳是通过浅壳理论和集中负载的条件下得到的。该临界负荷导 致该中心浅壳琐碎的凹痕被视为凹性汽车零部件的重要评价指数。本规则适用于在第2条中,轻量化设计连年系统用高强度钢代替低碳钢与耐撞性仿真。2、双曲率浅壳的抗凹性分析2.1 浅壳的抗凹刚度分析壳牌与中表面特点可以分为三特征:厚度h,中面尺寸L,曲率半径r ,并满足的h / r1。当h/L1时,定义外壳为薄壳,如果在上述两条件满足的同时又满足Lr1,这个薄壳被认为是浅壳。如图1所示,平面x-y是浅壳中表面沿着z轴的投影。假设M是中表面上的任意一点,两平面QMN&PMN分别去平行OYZ和OXZ。边PM和QM可近似认为是垂直的因为中表面和平坦。同时,MN正交于中面。因此,MN,PM,QM可构成垂直参考系MPQN。其差额由正交坐标系统OXYZ可以忽略不计,同时PM和QM通过和来表示,该曲面坐标MPQN。图1假设M是Z轴上的一点,对中表面的详细分析方程如下:z=F(x,y) (1)由于是平坦的外壳,就有如下方程: (2)中面的曲率和挠度可近似至: (3)该中面的下载系数可沿和方向导出: (4)运用集中力P沿Z轴和忽略横向剪切力造成的影响,得到浅壳的平衡微分方程: (5)其中(0,0)是狄拉克-函数。浅壳的兼容性方程是: (6)其中 通过横向位移w来表达瞬时结果M1, M2和M12,浅壳在横向集中力下的基本方程: (7)其中N1是膜应力在X方向,N2是膜应力在Y方向,D表示浅壳的抗弯刚度。这是很难解决上述方程。据要立足现实,沉没的偏转将只集中就在小范围内左右对外力P ,所以无限大型浅水壳牌是假定在这项研究中。因为w,N1,N2关于X,Y轴对称,所有顺序衍生的w,N1,N2都无限接近于零,以下方程可通过傅立叶进行变换。 (8)其中: (9)从公式(8)我们可以得到。通过逆向傅立叶变换和极坐标转换,w,再根据极坐标系统我们可以得到: (10)把x=0,y=0带入式(8),这关系在偏转力fp和矩形浅壳的集中力P我们可以得到如下: (11)最后抗凹刚度的双曲率浅壳K便可获得 (12)这个等式综合的说明了该抗凹刚度双曲率浅壳的所有影响因素,包括材料性能,几何参数,这些因素可以用来引导设计,材料选择及制造。2.2分析临界载荷造成当地琐碎凹痕为定量评价的临界载荷对地方抗凹的展板,几位研究员已经提出了经验公式。根据大量的实验,Dicellello说明一个公式表明最低能量W造成有形琐碎的凹痕微量由厚度T的屈服应力RS和基本抗凹刚度K。 (13)其中C是比例恒,从公式(12)和(13),临界载荷聚合酶链反应,导致浅壳中心琐碎的凹痕是可以实现的,其中这被定义为评价。 (14)从公式(14),是有密切相关关系临界负荷Pcr和厚度t,屈服应力,关键负载可以是根据一个规则进行轻量化设计其中汽车零部件用高强度钢代替低碳钢。3、举列和耐撞性分析3.1 整车的有限元模型及其碰撞模拟一份详细的有限元模型已确立基于从一辆房车改装成一辆客车, 如图2所示。以确保正确性性和有效性的有限元模型,一下方法将被采用:1、因为目的是为了模拟正面碰撞的车,啮合的前端车身比后方车身更稠密。2、采取4节点壳单元和8节点砖固体成分来降低集成方法与沙漏控制,以提高仿真效率。3、用啮合和大量的缩放技术,到该特征长度的最小单元以确保提高仿真效率。4、材料本构与CowperSymonds应变率项目是用于钢铁零件。5、自动单面接触算法是通过在模拟瞄准的复杂性来进行汽车碰撞仿真分析。图2 整车的有限元模型6、点焊元件故障规则中说,考虑到该对标准力和剪切力,是用来模拟点焊连接汽车零部件。显式动力有限元软件LS - DYNA的950版本是用来模拟正面碰撞的车对刚性壁在车速为50公里/秒根据国家坠毁立法CMDVR294。一个真正的车毁人亡实验是在清华大学实验室做的汽车碰撞。通过对比时程加速度某些位置上的一个支柱0.1 s时,模拟给出了一个合理的适合实验结果,其中保证正确性的有限元模型,并给出了更好的基地,为下一步轻量化优化设计做准备。3、2轻量化设计及耐撞性分析使用高强度钢,是其中一个有效的如何降低汽车重量。然而,部分绩效(如耐撞性,刚度,抗凹)通过新的材料得到保证。举例来说,前面部分的汽车是主要能源吸收部分,在这一过程中的车毁人亡,所以能源吸收性能不影响乘客,故设计的前车零件的安全性需得到保证。在这项研究中,研究了不同的材料来制作汽车的缓冲器,但其余的为抗凹。低碳钢及高碳钢的力学性能如下(见表1):评价指标的凹痕阻力保险杠用低碳钢是 (15)当高强度钢是用来取代低碳钢其余的主要形状和抗凹性能, 高强度钢的新厚度可以实现 (16)从公式(16)可以得到,保险杠的厚度可使用高强度钢得到积累和更新,在整车FE模型中。变形过程中的收获,以新的材料取得后,车毁人亡的是重新模拟与更新部分厚度(见图3)图3通过模拟实验中,变形的保险杠有两种不同的材料相似,即塑料铰链与张力塑性变形出现在部分保险杠的中部。能量吸收的过程表现在保险杠横梁上。从图 4可以看出两种材料的能量吸收差异很小,约4.1 为保险杠梁吸收。从中可以得出一个结论,在这份研究中说明的是在抗凹性的评价指标的基础上,合理的减少保险杠板的厚度。图44、结论本文研究了汽车中叫小的双曲率浅壳的抗凹性零件,使用方法如下:1、 抗凹刚度下,集中力量,是鉴于这种零件。2、 临界载荷导致当地琐碎削弱该中心的浅壳已推断, 这反过来又成为汽车零部件凹痕阻力的评价指数。3、 有效性的评价指标,就是证明申请发达国家的规则向轻量化设计的保险杠系统采用高强度钢代替温和钢并通过耐撞性仿真参考文献:【1】 李元先,林中勤,江爱琴,陈关龙,使用高强度钢的轻量化设计与防撞车身,2003;24:177-82【2】 李元先,汽车车身轻量化研究的基础上耐撞性的数值模拟。博士论文,中国,上海交通大学,2003【3】 朱石锋,宋奇峰,解放1092汽车车身轻量的研究,汽车工艺材料,2002【4】 Jambor A, Beyer M. 新汽车新材料,1997【5】 Che on SS, Lee DG, Jeong KS. 复合材料门影响客车横梁,1997【6】 李忠胜,周先斌,汽车钢板抗凹性的动太静态分析,2003【7】 李忠胜,周先斌,双曲率车身钢板的下沉刚度,2003【8】 对轿车车身钢板的强度,刚度及抗凹性分析,1995【9】 车身面板的抗凹性的设计标准,SAE 1974【10】韩强,黄小清,恁建国,先进的钢板壳体理论,2002
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