某卡車側(cè)防護(hù)的輕量化研究

李小文 ， 陳冬民 ， 徐 莉 ， 李文鳳

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330100）

商用車在發(fā)生交通事故時(shí)對(duì)人員和車輛的損失往往是巨大的，隨著交通的快速發(fā)展，對(duì)于商用車增加側(cè)部防護(hù)顯得更為重要，結(jié)構(gòu)可靠的側(cè)部防護(hù)可防止行人以及騎自行車、電動(dòng)車或摩托車的人員卷入車下導(dǎo)致的事故，這是企業(yè)對(duì)社會(huì)的責(zé)任。本研究將傳統(tǒng)的鋼材側(cè)防護(hù)替換為一種新型復(fù)合材料，根據(jù)法規(guī)GB 11567—2017[1]的要求建立模型，對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行模擬分析，并通過(guò)零部件試驗(yàn)驗(yàn)證，仿真分析和試驗(yàn)結(jié)果都證明，該新材料側(cè)防護(hù)可滿足法規(guī)性能要求，在滿足法規(guī)的要求下也實(shí)現(xiàn)了側(cè)防護(hù)的輕量化。

1 側(cè)防護(hù)法規(guī)要求說(shuō)明

1）側(cè)面防護(hù)裝置包括橫桿、豎桿和垂直構(gòu)件，側(cè)防護(hù)不應(yīng)增加車輛的總寬，其外表面應(yīng)位于車輛最外沿以內(nèi)不大于150 mm的位置，在側(cè)防護(hù)后段250 mm區(qū)域內(nèi)，側(cè)防護(hù)外邊表面距輪胎外側(cè)的距離應(yīng)小于30 mm。前緣應(yīng)處于最靠近它的輪胎周邊切面向后300 mm的范圍之內(nèi)，后緣應(yīng)處于最靠近它的輪胎周邊切面之前300 mm的范圍之內(nèi)[2]。

2）車輛空載狀態(tài)下，側(cè)面防護(hù)裝置的下緣任意一點(diǎn)離地高度應(yīng)不大于550 mm，上緣與其車輛上部構(gòu)件應(yīng)不大于350 mm。

3）當(dāng)用直徑（220±10） mm圓形平頭施以1 kN的靜壓力垂直作用于該裝置外表面選定位置，其因受力而產(chǎn)生的變形在施壓中心點(diǎn)測(cè)量應(yīng)滿足：側(cè)面裝置的最后250 mm段的變形不超過(guò)30 mm，其余部分變形不超過(guò)150 mm。

2 側(cè)防護(hù)仿真分析

2.1 模型概括

該側(cè)防護(hù)裝置由橫桿、豎桿及垂直構(gòu)件組成，豎桿和橫桿之間采用黏接方式進(jìn)行連接，組件結(jié)構(gòu)如圖1所示；各組件的屬性和材料參數(shù)如表1所示。

圖1 側(cè)防護(hù)組件

表1 各組件的屬性和材料參數(shù)

2.2 加載工況說(shuō)明

1）選取側(cè)護(hù)欄兩端和中間3個(gè)位置作為加載點(diǎn)，約束支架固定點(diǎn)處6個(gè)方向的自由度[3-5]；

2）在220 mm的圓形壓盤上加載1.2 kN（含1.2倍安全系數(shù)）的力[3-5]；

3）3種工況加載位置如圖2所示：P1位置為靠近前端模塊的端點(diǎn)，P2位置為支架約束的中心點(diǎn)，P3位置為遠(yuǎn)離前端模塊的端點(diǎn)[3-5]。

圖2 3種工況加載位置

2.3 分析結(jié)果

1）P1點(diǎn)加載，如圖3（a）所示，因應(yīng)力σ11＞0，縱向被拉伸，最大應(yīng)力為83 MPa，小于材料縱向拉伸極限577 MPa；如圖3（b）所示，應(yīng)力σ22＜0，橫向被壓縮，最大應(yīng)力為44 MPa，小于材料橫向壓縮極限108 MPa，因此判斷該材料未發(fā)生斷裂。

圖3 P1加載應(yīng)力云圖

P1加載力-位移曲線如圖4所示，P1工況1 200 N加載下，護(hù)欄的最大位移為23.5 mm（小于30 mm），該工況滿足法規(guī)要求。

圖4 P1加載力-位移曲線

2）P2點(diǎn)加載，如圖5（a）所示，因應(yīng)力σ11＞0，縱向被拉伸，最大應(yīng)力為56.5 MPa，小于材料縱向拉伸極限577 MPa；如圖5（b）所示，應(yīng)力σ22＜0，橫向被壓縮，最大應(yīng)力為15.7 MPa，小于材料橫向壓縮極限108 MPa，因此判斷該材料未發(fā)生斷裂。

圖5 P2加載應(yīng)力云圖

P2加載力-位移曲線如圖6所示，P2工況1 200 N加載下，護(hù)欄的最大位移為9.4 mm（小于30 mm），該工況滿足法規(guī)要求。

圖6 P2加載力-位移曲線

3）P3點(diǎn)加載，如圖7（a）所示，因應(yīng)力σ11＞0，縱向被拉伸，最大應(yīng)力為79.9 MPa，小于材料縱向拉伸極限577 MPa；如圖7（b）所示，應(yīng)力σ22＜0，橫向被壓縮，最大應(yīng)力為36.6 MPa，小于材料橫向壓縮極限108 MPa，因此判斷該材料未發(fā)生斷裂。

圖7 P3加載應(yīng)力云圖

P3加載力-位移曲線如圖8所示，P3工況1 200 N加載下，護(hù)欄的最大位移為22.4 mm（小于30 mm），故該工況滿足法規(guī)要求。

圖8 P3加載力-位移曲線

3 側(cè)防護(hù)試驗(yàn)結(jié)果

如圖9所示側(cè)防護(hù)裝置固定牢固，用圓形平壓頭施以1 kN（國(guó)標(biāo)）和1.2 kN（增加）的靜壓力垂直作用于該裝置外表面的前端、中端及后端，并測(cè)量變形量，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，試驗(yàn)結(jié)果均滿 足法規(guī)要求[6-7]。

圖9 側(cè)防護(hù)裝置加載試驗(yàn)

4 結(jié)論

通過(guò)以上的強(qiáng)度仿真分析和樣件試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明此新型材料的側(cè)防護(hù)滿足法規(guī)要求，為側(cè)防護(hù)的輕量化提供參考依據(jù)。新材料的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)可推廣到其他同類裝置中去。