基于瞬態(tài)響應(yīng)的某輕型卡車保險杠設(shè)計

孫雪 岳本朋

摘 要：車輛的保險杠具有緩沖與吸收外力的作用，從而達(dá)到對輕型卡車前重要部分的保護(hù)作用。與此同時，保險杠的設(shè)計在一定程度上具備美觀的功能，亦是輕型卡車的裝飾之一。文章主要是在有限元的分析與計算基礎(chǔ)上，針對某輕型卡車的保險杠內(nèi)板進(jìn)行瞬態(tài)相應(yīng)測驗，然后針對其結(jié)構(gòu)實現(xiàn)優(yōu)化的目標(biāo)。在經(jīng)過多重實驗后，發(fā)現(xiàn)道路以及抬價實驗就符合實際設(shè)計要求，這樣的方法應(yīng)用在保險杠后期的設(shè)計中，具有一定的先導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：前保險杠 有限元計算和分析 瞬態(tài)響應(yīng)

1 引言

在針對保險杠的輕量化目標(biāo)設(shè)計過程中，摒棄以往的鋼制材料，而選擇質(zhì)地較為輕盈的塑料材質(zhì)更為有效，可以在很大程度上降低保險杠的重量，實現(xiàn)降重的目標(biāo)。符合車輛使用要求。期間，需要格外注意的是保險杠的使用強(qiáng)度，一旦其強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，將會嚴(yán)重影響車輛上路的安全性能，隨之會使車輛的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞。其中，瞬時響應(yīng)分析便是針對車輛的振動頻次，來分析保險杠的質(zhì)量問題，繼而在一定基礎(chǔ)上實現(xiàn)其優(yōu)化作用。針對車輛的使用來說，導(dǎo)致車輛法發(fā)生較大的振動源于兩個方面，其一是輪胎在做工過程中受到的路面作用，其二是發(fā)動機(jī)的振動所影響。汽車在運行過程中，路面對于車輛的作用是導(dǎo)致車輛產(chǎn)生振動的主要原因。針對此文章著重從路面開始研究，分析車輛的瞬態(tài)相應(yīng)狀態(tài)[1]。

2 保險杠有限元模型建立

面對常見的輕型卡車中，其保險杠內(nèi)板、外板以及連接之間組成了一個整體的保險杠結(jié)構(gòu)。內(nèi)板的存在，其作用就是為了作為骨架存在的，其支架的存在則是確保與內(nèi)板之間相連接，使之承受更多外在的壓力，產(chǎn)生更多的預(yù)應(yīng)力。一般情況下，當(dāng)車輛在道路上行駛時，承受來自各部分的壓力，導(dǎo)致保險杠的內(nèi)板出現(xiàn)損耗的幾率很大，應(yīng)該將這一現(xiàn)象考慮進(jìn)后期的設(shè)計工作中，并且還要加大投資力度。

3 瞬態(tài)分析理論

動響應(yīng)分析法中，包括瞬態(tài)動力學(xué)分析，其工作模式是通過仿真技術(shù)來實現(xiàn)對于結(jié)構(gòu)瞬時變化以及機(jī)械在不同荷載下的動力響應(yīng)，使用瞬態(tài)分析，可以在不同的載荷工況下，實現(xiàn)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在時間變化下發(fā)生的位移、力矩以及力等數(shù)據(jù)的收集。所有的系統(tǒng)，在隨著時間的變化下，進(jìn)而導(dǎo)致在時間范圍內(nèi)，車身也會產(chǎn)生相同的作用力，在其影響下，車輛主體就會因為受力而出現(xiàn)變形的情況。基于達(dá)朗貝爾原理的為基礎(chǔ)上，可得在所有的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，物體所受的慣性力與所有的作用力之和必須為0。針對此，繼而研究系統(tǒng)的相應(yīng)問題，可以相應(yīng)的將慣性作用引入其中，針對其中出現(xiàn)的問題加以研究，轉(zhuǎn)化的過程中促進(jìn)簡單相應(yīng)力的變化。然后在靜態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)問題的分析與解決。在此期間，通常是使用動力學(xué)研究方法來應(yīng)對與解決，問題解決過程詳見以下內(nèi)容：（1）離散化設(shè)備結(jié)構(gòu);（2）分析現(xiàn)有的單元方程;（3）分析現(xiàn)有的單元動力學(xué);（4）針對整體的動力力學(xué)展開分析工作[2]。不同的激勵作用下，結(jié)構(gòu)會受阻尼力與慣性的作用，將其中的任一展開列式，可得下列方程式：

求解瞬態(tài)相應(yīng)的方程過程中，目前來講主要采取的方式是模態(tài)法與直接法，其中，直接法的使用原理是采用結(jié)構(gòu)耦合的求解方程加以展現(xiàn)，而模態(tài)法的使用原理則體現(xiàn)在以直接法為基礎(chǔ)，對空間大小進(jìn)行求解與縮減。因此也可以理解為瞬態(tài)分析是作為模態(tài)分析的形式存在的[3]。

4 保險杠瞬態(tài)響應(yīng)分析

3.1 仿真六自由度臺架

在這一過程中，主要呈現(xiàn)出了對于六自由度的仿真架模型的仿真，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)保險杠內(nèi)板反生瞬態(tài)相應(yīng)的模型計算期間，將保險杠的內(nèi)本結(jié)構(gòu)安裝在其托架上，然后進(jìn)行試驗車架與托架的連接。將駕駛室設(shè)置在駕駛室位置上，重新對駕駛室進(jìn)行配置。詳見圖1，分析其激勵施加位置。

3.2 載荷及邊界條件

當(dāng)車輛行駛遇到不平整的路面時，會對輕型卡車造成一定的作用，車輛以一定的速度向前行駛時，會遇到保險杠時間出現(xiàn)載荷激勵的情況女，并且在形式的過程中，受到路面激勵是保險杠結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了瞬態(tài)響應(yīng)的主要原因。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，主要是通過車輛經(jīng)受瞬態(tài)響應(yīng)后的變化而定的，通過軟件的更新，將其應(yīng)用在仿真模塊的試驗車架以及仿真懸架中，然后在有限元基礎(chǔ)上開展計算。針對車架與懸架的連接點展開加載時域位移[4]。

5 保險杠結(jié)構(gòu)優(yōu)化及結(jié)果

以提升保險杠的內(nèi)部鋼板的強(qiáng)度要求，要對現(xiàn)有的保險杠內(nèi)板詳細(xì)結(jié)構(gòu)展開優(yōu)化措施。在針對原有的方案中的目標(biāo)區(qū)域，展開優(yōu)化式調(diào)整，將設(shè)計途徑實現(xiàn)統(tǒng)一化，并且將原有方案中排布錯亂的現(xiàn)象加以改進(jìn)，實施均勻排布，然后可以使目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的力量向設(shè)計方向釋放，在通過優(yōu)化強(qiáng)筋數(shù)量的同時，還能滿足設(shè)計本身對于輕量化的要求。在進(jìn)行點的安裝時，還要著重對于保險杠主體周邊的各個安裝點加以優(yōu)化，并在結(jié)構(gòu)體的底部安裝固定點，這樣一來就可以避免應(yīng)局部剛度不足而導(dǎo)致的應(yīng)力不集中。下圖2可以理解為保險杠的原結(jié)構(gòu)方案，而圖3可以理解為優(yōu)化后的方案圖片。

相比較原方案，優(yōu)化后的方案更加具有說服力，在魚鱗路況下，保險杠所承受的壓力值從之前的600Mpa直接下滑至200Mpa，呈現(xiàn)出較大的下降幅度，我們可以在圖4與圖6中，詳細(xì)了解到新舊方案的優(yōu)化值變化趨勢。而在圖5與圖7中，則可以直觀的看到方案優(yōu)化前后的應(yīng)力動態(tài)變化。經(jīng)過道路的可靠性實驗以及1萬兩千米的實驗臺架驗證，輕型卡車的前保險杠內(nèi)板并未出現(xiàn)損耗以及斷裂的現(xiàn)象，完全符合設(shè)計的初衷。

6 結(jié)語

總而言之，將瞬態(tài)相應(yīng)的解決措施應(yīng)用在魚鱗路面的輕型卡車的路面行駛所受的力量分析中，可以有效的對車輛保險杠的內(nèi)板展開受力的分析與計算，后期將形成的數(shù)據(jù)以云圖或者曲線圖加以表現(xiàn)，在瞬態(tài)相應(yīng)的作用下，針對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)展開優(yōu)化與設(shè)計。在針對現(xiàn)有的道路試驗以及六自由度臺架的支撐下，促使后期的保險杠的設(shè)計與使用均符合行駛要求，并且還能達(dá)到所期的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李浩然，趙坤.基于瞬態(tài)響應(yīng)的某輕型卡車保險杠設(shè)計[J].汽車實用技術(shù)，2020（06）：62-64.

[2]胡洪超.淺談某輕型卡車前保險杠的設(shè)計[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（09）：13-15.

[3]李丹.某輕型卡車前保險杠結(jié)構(gòu)可行性分析[J].輕型汽車技術(shù)，2012（Z1）：25-28.