汽車A柱上內(nèi)飾板側(cè)氣簾爆破設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證

魏文華　劉亭亭

摘 要：研究了表面帶有針織布包覆的A柱上內(nèi)飾板以及不帶針織布包覆的A柱上內(nèi)飾板配備有側(cè)氣簾的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立了A柱內(nèi)飾板CAE力學(xué)仿真模型，驗(yàn)證了在側(cè)氣簾爆破時(shí)A柱上內(nèi)飾板受力破損情況，并提出改進(jìn)建議，為A柱內(nèi)飾板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論分析依據(jù)。

關(guān)鍵詞：A柱內(nèi)飾板;氣簾;二級(jí)卡扣;CAE;仿真

1 前言

隨著汽車安全[1]法規(guī)要求的不斷提高，保護(hù)駕駛員和成員頭部側(cè)面碰撞的側(cè)氣簾[2]設(shè)計(jì)愈來(lái)愈普遍，側(cè)氣簾布置在車身上邊梁和頂棚立柱之間[3]，然而側(cè)氣簾爆破時(shí)A柱上內(nèi)飾板的破裂飛濺時(shí)有發(fā)生造成對(duì)車內(nèi)人員的傷害[4]，各大主機(jī)廠在整車開(kāi)發(fā)時(shí)期車輛側(cè)面碰撞或偏置碰撞試驗(yàn)中，氣簾爆破A柱上內(nèi)飾板破裂飛濺整改周期及費(fèi)用都較大，需要做多輪整改碰撞驗(yàn)證。為降低A柱上內(nèi)飾板爆破飛濺風(fēng)險(xiǎn)，本文研究A柱上內(nèi)飾板與頂棚的配合關(guān)系設(shè)計(jì)要求、二級(jí)卡扣的設(shè)計(jì)要求以及A柱上內(nèi)飾板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后建立A柱上內(nèi)飾板氣簾爆破力學(xué)模型，通過(guò)CAE仿真分析氣簾爆破時(shí)，A柱上內(nèi)飾板板卡扣座受力后二級(jí)卡扣能否正常打開(kāi)以及A柱上內(nèi)飾板本體破損情況并提出改進(jìn)建議。

2 A柱上內(nèi)飾板系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 A柱上內(nèi)飾板與頂棚的配合要求

A柱上內(nèi)飾板壓接頂棚要求盡量大，一般要求大于15mm，以便頂棚給A柱上內(nèi)飾板盡量多的保護(hù)，側(cè)氣簾爆破時(shí)，氣簾拉帶[5]力作用在頂棚上而不直接切割A(yù)柱上內(nèi)飾板，通過(guò)頂棚傳遞A柱上內(nèi)飾板開(kāi)啟力。

2.2 A柱上內(nèi)飾板設(shè)計(jì)方案探討

2.2.1 表面帶包覆的A柱上內(nèi)飾板

對(duì)于表面帶針織布包覆的A柱上內(nèi)飾板側(cè)氣簾爆破，A柱上內(nèi)飾板注塑本體與針織布通常采用低壓注塑工藝成型，便于滿足環(huán)保要求。A柱上內(nèi)飾板本體材料選擇ABS，強(qiáng)度高，收縮率小，尺寸穩(wěn)定，適用于中高檔車型，若選擇用PP材料做A柱上內(nèi)飾板本體，則成本較低。ABS、PP材料優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1。

A柱上內(nèi)飾板本體采用減弱槽設(shè)計(jì)，長(zhǎng)度大于拉帶在A柱內(nèi)飾板內(nèi)的長(zhǎng)度。當(dāng)側(cè)氣簾發(fā)生爆破時(shí)，氣簾拉帶給A柱內(nèi)飾板一個(gè)側(cè)面向下切向力，由于減弱槽在該處的弱化，A柱內(nèi)飾板沿減弱槽形變打開(kāi)（由于表面覆蓋有針織布，A柱內(nèi)飾板本體在減弱槽處開(kāi)裂粘連在針織布上而不脫落），拉帶從A柱內(nèi)飾板與側(cè)圍上鈑金之間拉出，實(shí)現(xiàn)側(cè)氣簾展開(kāi)的功能。

2.2.2 表面無(wú)包覆的A柱上內(nèi)飾板

對(duì)于不帶針織布包覆的A柱上內(nèi)飾板側(cè)氣簾爆破若用減弱槽的設(shè)計(jì)，氣簾爆破時(shí)，A柱上內(nèi)飾板在減弱槽處破裂飛濺的風(fēng)險(xiǎn)非常大，因此本文研究采用二級(jí)卡扣設(shè)計(jì)。

（1）A柱上內(nèi)飾板二級(jí)卡扣設(shè)計(jì)要求

二級(jí)卡扣即可以實(shí)現(xiàn)A柱上內(nèi)飾板與車身的安裝固定功能，同時(shí)當(dāng)受到氣簾拉帶（或氣簾）的外力作用下，一級(jí)卡接可以打開(kāi)，A柱上內(nèi)飾板張開(kāi)一定距離，最后通過(guò)二級(jí)卡接將A柱上內(nèi)飾板與鈑金拉住保證A柱上內(nèi)飾板不脫落，氣簾拉帶從A柱上內(nèi)飾板與前門框密封條處拉出實(shí)現(xiàn)側(cè)氣簾側(cè)面展開(kāi)保護(hù)人體頭部免受傷害的作用。二級(jí)卡扣拉帶長(zhǎng)度設(shè)計(jì)一般60mm，一級(jí)卡接打開(kāi)力要求150N，如果一級(jí)卡扣打開(kāi)力小，A柱上內(nèi)飾板一級(jí)卡扣存在卡接不牢易松出的風(fēng)險(xiǎn)，若打開(kāi)力太大，A柱上內(nèi)飾板在側(cè)氣簾爆破時(shí)不易打開(kāi)，受力面容易被氣簾拉帶割破產(chǎn)生飛濺。第二級(jí)卡接一端與A柱上內(nèi)飾板固定，另一端與側(cè)圍鈑金固定，卡接力要求均大于300N，保證二級(jí)卡接在側(cè)氣簾爆破時(shí)不脫出鈑金或A柱內(nèi)飾板，二級(jí)卡扣及裝配固定結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（2）A柱上內(nèi)飾板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于側(cè)氣簾拉帶布置在A柱上內(nèi)飾板內(nèi)部，氣簾爆破時(shí)側(cè)氣簾拉帶對(duì)A柱內(nèi)飾板爆破力分解為Y向力FY和Z向力FZ，F(xiàn)Y與A柱上內(nèi)飾板安裝方向一致，使A柱上內(nèi)飾板一級(jí)卡接可打開(kāi)，F(xiàn)Z對(duì)A柱上內(nèi)飾板剪切作用，該力的作用面存在易破損飛濺的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，初步構(gòu)想在二級(jí)卡扣座與拉帶之間設(shè)計(jì)內(nèi)飾板加強(qiáng)座，模具通過(guò)滑塊抽芯實(shí)現(xiàn)，防止A柱上內(nèi)飾板由于拉帶的作用力而產(chǎn)生破裂。A柱上內(nèi)飾板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力分析如圖2所示。

3 A柱上內(nèi)飾板CAE仿真驗(yàn)證

3.1 A柱內(nèi)飾板材料特性表2（選用某PP材料）

3.2 A柱上內(nèi)飾板仿真模型

仿真模型[6]建立力學(xué)條件：設(shè)定側(cè)氣簾拉帶爆破力400N，作用力方向平行與XZ平面，均勻分布作用在A柱上內(nèi)飾板加強(qiáng)座受力面上，建立力學(xué)模型要求如圖3所示。

仿真結(jié)果1：

最大拉伸變形發(fā)生在A柱上內(nèi)飾板加強(qiáng)座與二級(jí)卡扣座連接處，變形強(qiáng)度為44.3MP，如圖4所示。

A柱上內(nèi)飾板二級(jí)卡扣座Y向受力為68.8N，仿真結(jié)果如圖5所示。

結(jié)論：A柱內(nèi)飾板卡扣座Y向力FY等于二級(jí)卡扣一級(jí)卡接力，即一級(jí)卡接打開(kāi)力68.8N，小于150N，A柱內(nèi)飾板一級(jí)卡扣不能打開(kāi)，而且卡扣座受力后拉伸變形44.3MP大于材料允許拉伸變形20MP，A柱內(nèi)飾板將產(chǎn)生爆破破裂。

解決方案：在加強(qiáng)卡扣座與二級(jí)卡扣安裝座之間增加導(dǎo)向斜筋設(shè)計(jì)，增大爆破力Y向分力FY便于二級(jí)卡扣正常打開(kāi)，并且便于氣簾拉帶沿著導(dǎo)向加強(qiáng)筋滑出A柱上內(nèi)飾板，如圖6所示。

力學(xué)模型建立：為驗(yàn)證A柱內(nèi)飾板的正常彈開(kāi)，設(shè)定氣簾拉帶爆破力800N，作用力方向平行于XZ平面，均勻作用在導(dǎo)向加強(qiáng)斜筋上。

仿真結(jié)果2：

A柱內(nèi)飾板上二級(jí)卡扣Y向受力175N，如圖7所示。

加強(qiáng)座與二級(jí)卡扣座連接處最大拉伸變形35MP，如圖8所示。

結(jié)論2：仿真結(jié)果二級(jí)卡扣Y向作用力175N大于一級(jí)卡接力150N，二級(jí)卡扣可以正常打開(kāi)，A柱上內(nèi)飾板最大變形在二級(jí)卡扣與導(dǎo)向加強(qiáng)斜筋交接處，該處設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以R10圓角處理，但軟件劃分網(wǎng)格存在2mm誤差，該理論相切處產(chǎn)生了網(wǎng)格突變，造成應(yīng)力集中，仿真失真較大，因此該處拉手強(qiáng)度超標(biāo)不做考察，仿真分析滿足爆破設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文重點(diǎn)研究了設(shè)計(jì)有二級(jí)卡扣結(jié)構(gòu)形式A柱內(nèi)飾板爆破受力，通過(guò)假設(shè)側(cè)氣簾爆破時(shí)氣簾拉帶作用在A柱上內(nèi)飾板上的不同作用力大小，分析A柱內(nèi)飾板二級(jí)卡扣在側(cè)氣簾拉帶作用力下能否正常開(kāi)啟以及塑料件拉伸變形與材料許用最大變形比較分析破裂情況，該方法可用于指導(dǎo)A柱上內(nèi)飾板設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

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