基于耐撞性的汽車輕量化技術(shù)研究

0 引言

生態(tài)污染、氣候變暖、能源消耗加劇了汽車產(chǎn)業(yè)的革新變化，為降低汽車對于能源的依賴性，降低能源消耗量，現(xiàn)代化汽車產(chǎn)業(yè)不斷探索低排放、低能耗目標的實現(xiàn)方式，在汽車輕量化發(fā)展過程中，需合理選擇輕量化材料，并采用適宜工藝進行連接，以此可保障汽車的操作性及耐撞性，繼而促進汽車輕量化發(fā)展進程，且在一定程度上推動“雙碳”戰(zhàn)略進程。

（2）將正射影像和DEM導入 GIS服務器（如Arcgis Server、Geoserver等），進行切片處理，再發(fā)布為影像切片服務和高程切片服務。

1 汽車耐撞性及其影響規(guī)律

1.1 耐撞性

耐撞性屬于汽車重要性能指標，主要是借助吸收碰撞能量提升汽車的碰撞抵抗能力，繼而對汽車內(nèi)部人員及物品形成良好的保護效果，減少各類碰撞事件的負面影響。為提升汽車安全性，減少安全事故的發(fā)生，當前法律法規(guī)中明確提出了汽車碰撞安全標準。通常情況下，多基于有限元模型計算得出汽車耐撞性情況，并以模型分析計算結(jié)果為依據(jù)不斷調(diào)整優(yōu)化，以此可有效提升汽車耐撞性。汽車碰撞分為三類，即正面碰撞、尾部碰撞、側(cè)面碰撞，據(jù)統(tǒng)計，在上述三類碰撞中，正面碰撞最可能引發(fā)安全事故，且死亡率相對較高，可達48%，尾部碰撞與側(cè)臉碰撞所的危害程度遠低于正面碰撞，因此，在汽車輕量化發(fā)展期間，應主要提升正面耐撞性，采用吸能結(jié)構(gòu)、保險杠等方式進行提升。

1.2 影響規(guī)律

對于汽車而言，對耐撞性影響最大的結(jié)構(gòu)為車身，在汽車輕量化發(fā)展過程中，應在實現(xiàn)減重輕量的同時，將會在一定程度上影響車身剛度及強度，間接影響耐撞性。從本質(zhì)上看，車身硬度雖可提升汽車耐撞性，但車身硬度并非越高越好，汽車輕量化期間降低車身鋼板重量并非一定會影響耐撞性，可采用適宜吸能方式確保汽車耐撞性達標。汽車吸能的實現(xiàn)主要依靠材料或結(jié)構(gòu)，例如：保險杠為汽車吸能主要方式，其吸能盒具有褶皺結(jié)構(gòu)，當有碰撞發(fā)生時，則會吸收碰撞能量，但若保險杠與人體發(fā)生碰撞接觸，將會對人體造成損傷，因此為減少保險杠對人體造成的損傷，在汽車輕量化發(fā)展時，可借助新型輕量化材料改進保險杠結(jié)構(gòu)。汽車實現(xiàn)輕量化的同時，不可降低汽車本身結(jié)構(gòu)性能，而保障耐撞性效果，可引進新型輕量化材料，如碳纖維復合材料、鋁鎂合金等，實現(xiàn)汽車減重的同時，防止出現(xiàn)力學性能降低的情況。

2 汽車輕量化材料及其連接工藝

2.1 輕量化材料

2.1.1 碳纖維復合材料

該材料力學性能優(yōu)異，具有耐摩擦、耐高溫、耐腐蝕、含碳量高的優(yōu)勢，其整體比重低于鋼結(jié)構(gòu)的25%，但抗拉強度卻高于8倍的鋼結(jié)構(gòu)強度，此外，該類復合材料吸能率較高，可達120kJ/kg，且拉伸模量、比模量、比強度均高于其他材料

。相較于鋁合金，碳纖維復合材料應用后，可減重20%至40%；相較于鋼制材料，該材料可實現(xiàn)60%至80%的減重。碳纖維復合材料具有顯著的輕量化優(yōu)勢，是促進汽車輕量化發(fā)展的重要材料。

2.1.2 工程塑料

1.3觀察指標:將兩組分別采集數(shù)據(jù)進行對比,評估臨床療效、心功能指標、血液黏滯度(血細胞比容)、凝血系統(tǒng)[包括活化部分凝血酶原時間(AWTT)、血漿凝血酶原時間(PT)和凝血酶時間(TT)和不良反應等。

為便于分析，將蜂窩芯層材料視為同向均質(zhì)材料，此時芯層應力與面板應力相同，具體關(guān)系如下：

3

2

2 平均壓潰載荷

式(2)中，

、

、

分別為蜂窩夾芯板總應力、面板應力、芯層應力。

除上述輕量化材料的直接使用外，還可基于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行改造，通過一定措施保障汽車輕量化特征，并提高汽車耐撞性。例如：在傳統(tǒng)蜂窩管結(jié)構(gòu)內(nèi)部填充聚氨酯泡沫，用于提升蜂窩管結(jié)構(gòu)的耐撞性及吸能效果，通過兩者的結(jié)合應用形成聚氨酯蜂窩復合結(jié)構(gòu)，以此同樣可呈現(xiàn)出優(yōu)異性能。

2.2 材料連接工藝

3.2.1 總吸能EA

當時，我的父親就在石頭口門水庫戰(zhàn)地廣播站工作，他和同事們親眼目睹了這神奇的一幕。父親每每講起這個故事，所有聆聽者的心總被萬靈彌合而激動不已。

膠結(jié)連接工藝主要是借助膠粘劑連接各材料結(jié)構(gòu)，該方式無需鉆孔，可避免鉆孔改變結(jié)構(gòu)而造成破裂斷裂現(xiàn)象。該連接工藝具有結(jié)構(gòu)輕、減震密封效果好的優(yōu)點，且不會對待連接材料強度造成影響，因此，可將其用于汽車輕量化材料的連接作業(yè)中。此外，膠結(jié)連接工藝在大載荷傳遞方面表現(xiàn)不佳，強度分散大，且屬于永久性連接方式，故在實際應用時，應根據(jù)實際情況合理選擇。根據(jù)該連接工藝特性來看，其在不拆除結(jié)構(gòu)件的連接制作中較為常用。

（2）材料加工區(qū)布設：對于材料加工區(qū)域，主要包含鋼筋加工區(qū)、成型鋼材焊接區(qū)、模板加工區(qū)、預制構(gòu)件制作區(qū)、施工工具放置區(qū)等。在安全控制管理過程中：①將已經(jīng)加工好的材料放置在容易取用的區(qū)域；②對加工區(qū)域做好防水工作，避免材料受潮、受淋，產(chǎn)生損壞；③對于易燃的施工材料，設置了消防去，配備了齊全的消防設施，并張貼安全指示牌，提醒施工人員注意。

2.2.2 機械連接工藝

根據(jù)管線縱剖面圖，擬在樁號2+769.16處設置1個雙向調(diào)壓井，直徑為25 m，高為17 m,初始液面高度14.32 m。在樁號0+892.25處設置一個單向調(diào)壓井，直徑為6 m,高為10 m，液面高8 m。事故停泵后，泵出口閥的關(guān)閉規(guī)律為兩階段關(guān)閥：0～11.7秒關(guān)80%，11.7～90秒全部關(guān)閉。

在此基礎上代入胡克定律，此時有：

2.2.3 焊接連接工藝

焊接工藝高效快速，針對汽車輕量化發(fā)展過程中所應用的復合材料，可采用不同的焊接工藝進行連接。例如：熱塑性復合材料應優(yōu)先選用超聲波焊、激光焊接兩種方式。

3 汽車輕量化耐撞緩沖結(jié)構(gòu)設計分析

金屬材料憑借其優(yōu)異塑性優(yōu)勢而被廣泛應用到汽車吸能裝置中，而蜂窩管成本低、結(jié)構(gòu)簡單而備受行業(yè)關(guān)注，但單一化蜂窩管的耐撞性及承載力性能不佳，吸能效果有待提升，在汽車輕量化設計期間，為保障汽車耐撞性，可對蜂窩管進行填充，形成復合吸能結(jié)構(gòu)。以下基于汽車蜂窩管結(jié)構(gòu)，設計汽車輕量化耐撞緩沖結(jié)構(gòu)，并了解蜂窩管填充材料對汽車耐撞性的影響。

3.1 壓縮彈性模量分析

圖1為蜂窩夾芯板受壓圖，將壓縮載荷設為P，將軸向總應變、蜂窩芯應變、芯層軸向應變、面板軸向應變分別設為ε、ε

、ε

、ε

，面板厚度與芯層厚度分別設為t、h，在軸向載荷條件下，存在以下關(guān)系：

=(

+2

)=2

+

(1)

工程塑料多見于醫(yī)療、交通運輸、機械建筑、電子電器等行業(yè)，其具有優(yōu)異的耐撞性，機械性性能優(yōu)異，可承受一定程度的外力沖擊，且化學性能穩(wěn)定，可吸收噪音、減振緩沖，并具有良好的耐高溫性與耐腐蝕性。從汽車輕量化發(fā)展角度來看，工程塑料性能優(yōu)異，加工成型效果好，成本低廉，不僅可實現(xiàn)汽車結(jié)構(gòu)減重，還具有綠色環(huán)保優(yōu)勢，因此，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的綠色化發(fā)展，工程塑料現(xiàn)已逐步代替金屬零部件。除用于汽車結(jié)構(gòu)外，工程塑料還可用于汽車內(nèi)飾件的生產(chǎn)制作，不僅可表現(xiàn)出良好的裝飾效果，且安全性、韌性較高，現(xiàn)階段工程材料可用于生產(chǎn)制作座椅、車門、立柱、儀表盤等車內(nèi)飾件

。工程塑料還被應用到汽車發(fā)動機周圍部件中，如皮帶、散熱器等，在實際應用中，為保障部件性能，可添加增塑劑，用于提升其耐磨性、耐熱性等。工程塑料的應用不僅促進了汽車輕量化的發(fā)展，其還具有可回收利用性，且強度高、塑性強、減振緩沖效果好，故可有效保障汽車的耐撞性。

=

=

(2)

玻璃纖維具有較高強度，但其纖維松散，難以成形，若將玻璃纖維與增強材料、基體材料相結(jié)合，則會得到玻璃纖維復合材料，其承受力則會大幅提升，可良好應對各類載荷及應力，并具有良好的吸能效果。該復合材料符合輕量化要求，且強度、承載力、吸能效果達標，將其用于汽車生產(chǎn)作業(yè)中將會有效保障耐撞性，同時玻璃纖維復合材料設計自由度相對較高，可根據(jù)汽車生產(chǎn)要求而將玻璃纖維復合材料設計為復雜配件結(jié)構(gòu)，可用性較強。

該連接方式屬于傳統(tǒng)化技術(shù)，技術(shù)成熟，應用廣泛，其具有可重復裝配、可靠性高的優(yōu)勢，但結(jié)合實際情況來看，機械連接工藝并不適用于汽車輕量化復合材料的連接工作中。隨著復合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，機械連接工藝不斷改進，在有限元分析軟件應用下，可減少機械連接工藝所引發(fā)的結(jié)構(gòu)斷裂隱患，對傳統(tǒng)制孔鉆孔工藝進行優(yōu)化，借助各向異性彈性力學、Faber級數(shù)理論分析應力及載荷分配，以此解決由應力集中造成的機械問題，同時對螺栓連接頭展開仿真優(yōu)化，即可有效避免腐蝕現(xiàn)象。

(3)

式(3)中，

、

、

分別代指蜂窩夾芯板、面板、芯層的壓縮彈性模量。

3.2 耐撞吸能指標

為確保所設計出的汽車輕量化耐撞緩沖結(jié)構(gòu)符合標準，應明確汽車耐撞吸能特性的衡量標準，借助試驗機得出“荷載-位移”參數(shù)，進一步計算得出車耐撞吸能特性參數(shù)標準

。

嘉興WLM配送中心是以尊重個人，服務顧客，追求卓越，誠信行事為四大信仰。在穩(wěn)定庫存中可對員工可進行定期的培訓，使他們的素質(zhì)和效率有所提高，每天保持積極的心態(tài)來工作。聆聽公司內(nèi)每一個員工的意見，互相學習。采取半年制一考核的方式，使他們在工作中不斷成長。若考核未通過的則采取一定的懲罰措施，但同時對一個月內(nèi)犯錯率最少的員工采取獎勵措施，使他們再接再厲。部門間的員工在不同的領域進行學習，不僅僅只限于自己工作的范圍。

2.2.1 膠結(jié)連接工藝

該指標主要耐撞緩沖結(jié)構(gòu)借助塑性變形來降低碰撞能量的能力，即該結(jié)構(gòu)在汽車碰撞期間所吸收的能量則為總吸能EA，該數(shù)值可切實反映出耐撞緩沖結(jié)構(gòu)的吸能情況，而總吸能EA可運用下述公式計算得出：

(4)

式(4)中，

(

)與

分別代表瞬間沖擊力、有效壓縮位移。

2.1.3 玻璃纖維復合材料

將該參數(shù)設為

，其代表總吸能與有效壓縮位移的比值情況，可反映出耐撞緩沖結(jié)構(gòu)在單位壓縮位移條件下的吸能情況，可運用下述公式計算得出：

(5)

3

2

3 比吸能

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要分為傳感器網(wǎng)絡節(jié)點、AP網(wǎng)關(guān)模塊、主控制器模塊以及上位機人機交互界面。多個傳感器網(wǎng)絡節(jié)點借助AP網(wǎng)關(guān)通過TCP/IP協(xié)議進行組網(wǎng),構(gòu)建基于無線WIFI的網(wǎng)絡傳輸體系,通過速度、加速度、以及位移等傳感器完成測點振動信號的采集,A/D轉(zhuǎn)換模塊將采集的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量[3]。主控制器作為上位機與傳感器單元之間的中轉(zhuǎn)站,通過以太網(wǎng)收發(fā)器與上位機進行網(wǎng)絡連接,并且采用無線WIFI模塊與傳感器節(jié)點建立通信,進行控制指令的發(fā)送和數(shù)據(jù)的傳輸。上位機作為檢測系統(tǒng)的人機交互界面,控制整個檢測系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及數(shù)據(jù)的處理和顯示。

將該參數(shù)設為SEA，用于代表耐撞緩沖結(jié)構(gòu)在單位壓縮位移條件下所吸收的能量與結(jié)構(gòu)變形質(zhì)量(m)之間的比值，是衡量結(jié)構(gòu)材料吸能水平的關(guān)鍵指標，其可借助下述公式計算得出：

(6)

3.3 試驗設計及參數(shù)

3.3.1 試驗材料

所有病例數(shù)據(jù)均來自于四川省大數(shù)據(jù)平臺，從200多萬份臨床病例中篩選出500份2016年7月～2018年7月的完整郁證（抑郁癥）患者病歷。

以3003鋁合金為基本材料制蜂窩結(jié)構(gòu)，其材料密度、彈性模量力、屈服強度分別為2800kg·m

、74GPa、185MPa，而蜂窩結(jié)構(gòu)孔徑、邊長、鋁箔厚度、異面厚度、平面規(guī)格分別為6.9mm、4mm、0.05mm、16mm、60mm×60mm，聚氨酯泡沫制備所需的黑料成分、白料成分分別為異氰酸醋、聚醚多元醇，其中黑料異氰酸醋在使用之前，應將其置于恒溫箱(45℃)環(huán)境下進行為期30min的預熱

。

3.3.2 制備復合結(jié)構(gòu)

為了解不同比例的黑白料成分是否會影響輕量化耐撞緩沖結(jié)構(gòu)性能，按照5:7、5:6、5:5三種比例將黑白料混合，經(jīng)攪拌后將其置于鋁蜂窩結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)泡，繼而獲得聚氨酯蜂窩復合結(jié)構(gòu)。在常溫環(huán)境下靜置2日，運用美工刀將其切割并打磨為試驗試件，各試件需符合60mm×60mm×16mm的規(guī)格標準。進一步借助環(huán)氧樹脂膠粘貼鋁板，使其可良好填充至鋁蜂窩結(jié)構(gòu)內(nèi)部，以此完成復合結(jié)構(gòu)的制備。后續(xù)運用試驗機展開壓縮試驗，恒定速度為2mm·min

，經(jīng)壓縮試驗，發(fā)現(xiàn)結(jié)束位移為14mm

。

3.4 結(jié)果分析與討論

3.4.1 失效變形情況

通過試驗驗證，發(fā)現(xiàn)在載荷作用下，空蜂窩結(jié)構(gòu)在試驗初期就產(chǎn)生了塑性變形問題，褶皺現(xiàn)象明顯，且隨著試驗的延長，褶皺問題程度不斷加大，最終被 壓潰。相較于空蜂窩結(jié)構(gòu)，填充蜂窩結(jié)構(gòu)的褶皺問題相對較小，所表現(xiàn)出的塑形變形較低。

本模塊是水泥企業(yè)在銷售過程中的事務處理信息化模塊。將銷售過程中的各項銷售事務信息化，可為決策層提供詳盡的查詢、統(tǒng)計、分析功能，以便決策層及時了解銷售情況，從而能夠適時地調(diào)整銷售策略，實現(xiàn)利潤的最大化。

3.4.2 耐撞吸能情況

圖2為壓縮試驗的“載荷-位移”曲線圖，根據(jù)圖2a可見，黑料比例增加時，泡沫密度及強度均有所提升，在蜂窩管內(nèi)填充純泡沫材料后，結(jié)構(gòu)承載性大幅提升，結(jié)合圖2b可見，填充后的結(jié)構(gòu)屈服載荷遠高于空管結(jié)構(gòu)，此外，根據(jù)圖2c可見，蜂窩填充夾芯板完成填充并粘結(jié)后，其承壓性大幅提升，對總吸能、平均壓潰載荷、比吸能三個關(guān)鍵指標進行計算，可得出耐撞性指標情況，發(fā)現(xiàn)填充后的鋁蜂窩管吸能效果大幅提升，可將其應用到輕量化汽車結(jié)構(gòu)中。

使用TOF-Watch SX加速度肌松監(jiān)測儀進行肌松程度監(jiān)測，通過刺激尺神經(jīng)，檢測患者的拇內(nèi)收肌加速度，采取四個成串刺激（TOF）（頻率2 Hz，波幅200 us，電流強度50 mA，間隔15 s）的方式記錄患者的肌松情況。

4 結(jié)束語

綜上所述，在汽車輕量化發(fā)展過程中，耐撞性屬于關(guān)鍵性指標，在實現(xiàn)汽車輕量化的同時，應確保汽車的耐撞性均符合要求，而在此期間，應從碳纖維復合材料、工程塑料、玻璃纖維復合材料等輕量化材料中選擇，同時根據(jù)輕量化材料情況選擇連接工藝，在設計輕量化耐沖撞緩沖結(jié)構(gòu)時，應做好壓縮彈性模量分析，確定耐撞吸能指標，并合理選擇試驗設計及參數(shù)，以此即可保障汽車輕量化效果。

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