對汽車保險杠的設(shè)計與仿真的研究

樊磊

摘要：通過對汽車保險杠設(shè)計開展分析，明確安全性、協(xié)調(diào)性、一致性是其主要設(shè)計原則，并且論述了保險杠定位設(shè)計、前后保險杠內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，對汽車保險杠碰撞仿真進(jìn)行了探究，以便從根本上提高保險杠設(shè)計的科學(xué)性，確保險杠具有良好的安全性能，為關(guān)注這一類話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：保險杠設(shè)計；仿真；定位；內(nèi)部結(jié)構(gòu)

引言：

隨著時代的進(jìn)步，社會經(jīng)濟(jì)水平的提升，交通事業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，交通條件日益完善，為汽車工業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了良好環(huán)境?，F(xiàn)階段，汽車數(shù)量逐漸呈上升趨勢，雖然給人們出行提供了便利性，但也導(dǎo)致交通事故出現(xiàn)。保險杠作為重要的安全防護(hù)部件，有利于保護(hù)駕駛員生命安全，因此需要對其進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計。

一、汽車保險杠的設(shè)計

（一）保險杠設(shè)計原則

保險杠是汽車重要組成部分，在保護(hù)駕駛員安全方面發(fā)揮著重要作用。因此，在實際設(shè)計中，應(yīng)該確保其具有良好的安全性能，這樣在車輛發(fā)生碰撞時，有利于將保險杠緩沖作用發(fā)揮到最大，降低碰撞對汽車的傷害程度，進(jìn)而可提升駕駛員與乘客的安全。同時，還需堅持協(xié)調(diào)性、一致性原則，也就是促使質(zhì)感、外形等方面與汽車整體風(fēng)格相符。

（二）保險杠定位設(shè)計

在汽車保險杠設(shè)計中，保險杠定位設(shè)計是最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。其主定位方式主要有3種，一是1個Y，二是2個X，三是3個Z。一般情況下，都使用主定位方式進(jìn)行保險杠定位設(shè)計。在設(shè)計中，輔助定位在X、Y、Z方向設(shè)定的定位結(jié)構(gòu)數(shù)量多少，主要是依據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)而定的。在這一過程中，需要對定位點(diǎn)結(jié)構(gòu)位置的選擇加以重視，通常情況下其會與X、Y、Z處于一種平行或者垂直的狀態(tài)。此外，在保險杠定位設(shè)計中，為了實現(xiàn)良好的設(shè)計效果，需要對環(huán)境結(jié)構(gòu)與定位結(jié)構(gòu)二者之間的間隙進(jìn)行有效控制，其間隙不能超過0.2毫米，以便提升設(shè)計的科學(xué)性。

（三）前保內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計

在進(jìn)行前保內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計中，其上下格柵設(shè)計具有復(fù)雜性特點(diǎn)，因此需要考慮多方面的因素。第一，采用先進(jìn)的格柵工藝，確保設(shè)計質(zhì)量。第二，對空氣進(jìn)氣需求進(jìn)行分析，確保留出的通風(fēng)孔占散熱器面積的30%左右。為了減少設(shè)計問題出現(xiàn)，需要對格柵裝配結(jié)構(gòu)、尺寸進(jìn)行合理的選擇。第三，對于并排的卡扣之間的距離也要進(jìn)行控制，使其保持在120毫米左右，并保證格柵亮條不高于格柵。

（四）后保內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

在后保內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要對相關(guān)組件位置進(jìn)行充分的考慮。如，雷達(dá)位置、霧燈為主、吸能器位置等。需要保證這些組件與前保對應(yīng)組件相同。在該設(shè)計階段，最重要的是保證排氣管配合區(qū)域周邊與后保的間隙在合理的范圍之內(nèi)，通常情況下，二者的間隙在20毫米左右，適當(dāng)?shù)拈g隙，可以減少排氣管對汽車保險杠的不良影響。否則，當(dāng)排氣管溫度過高時，十分容易會軟化保險杠，影響保險杠的性能，難以發(fā)揮其安全保護(hù)作用。

二、汽車保險杠的碰撞仿真分析

保險杠在汽車碰撞時，會發(fā)揮良好的保護(hù)作用。為了確保保險杠這一安全部件具有良好的性能，本文重點(diǎn)對其碰撞仿真進(jìn)行分析。在仿真分析中，需要借助相關(guān)的軟件。首先，需要使用PRO-E軟件，搭建保險杠幾何模型，其實際上屬于三維模型，并結(jié)合設(shè)計要求與汽車特點(diǎn)，有針對性的簡化模型，為接下的仿真分析奠定良好的基礎(chǔ)。其次，在進(jìn)行汽車低速碰撞仿真時，需要發(fā)揮LS DYNA3D軟件的作用。最后，采用LS PROPOST軟件對保險杠仿真結(jié)果進(jìn)行探究。通過三維模型進(jìn)行汽車保險杠碰撞仿真分析，可以呈現(xiàn)可視化的數(shù)據(jù)，為仿真結(jié)果分析奠定了良好基礎(chǔ)。為了保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需要使用相關(guān)軟件進(jìn)行驗證。例如，ANSYS軟件。

1.保險杠防撞梁及車體的幾何模型構(gòu)建

在進(jìn)行保險杠碰撞仿真時，為了提高仿真的效率，通常都會簡化模型，在這種情況下，會將汽車車身簡化成一平板。

2.有限元模型的建立

在汽車保險杠碰撞仿真中，需要借助薄殼理論對其碰撞力學(xué)特性進(jìn)行論述。主要把是因為很多零部件是由薄板沖擊形成的。因此，會借助相應(yīng)的薄殼單元進(jìn)行仿真，例如SHELL163薄殼單元。

在仿真中，由于網(wǎng)格密度與最終的仿真結(jié)果息息相關(guān)，所以需要科學(xué)的選擇網(wǎng)格密度，對汽車保險杠的網(wǎng)格密度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以便減少對保險杠碰撞仿真的影響，提高仿真結(jié)果的客觀性。在材料模型選用方面，由于車身和撞擊墻剛度小，并且主要是進(jìn)行低速碰撞試驗，所以使用剛性材料進(jìn)行模擬比較合適。

結(jié)論：

總而言之，保險杠是汽車必不可少的組成部分，有利于提升汽車的安全性。因此，需要對保險杠的設(shè)計加以重視，以安全性、一致性、協(xié)調(diào)性為設(shè)計原則，并掌握保險杠定位與內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)要點(diǎn)。為了確保設(shè)計的合理性，還需要對其碰撞進(jìn)行仿真分析，確保其具有良好的性能，以便保證人們生命安全。