电动汽车冲击衰减器的数字化设计

电动汽车冲击衰减器的数字化设计

由于采用了结构优化方法，先进的加工技术以及创新型材料的应用，汽车的轻量化设计成为关键技术。复合材料在汽车部件中得到了广泛应用，如玻璃纤维增强塑料（GFRP）应用在汽车顶部、底盘、车体外板、车架配件、电池检修门和座椅系统，与金属材料相比，车身质量减轻了40%～60%，提升了汽车性能。最近，经过多次数值和试验研究，CFRP正取代传统汽车材料组件而应用于汽车抗碰撞领域。

相对于一般乘用车车身前部结构，电动汽车的前部抗冲击破坏设计可以借鉴方程式赛车。因为一般乘用车的发动机位于车身前部，保险杠以及薄壁梁起到缓冲和维持车身结构的作用。而电动汽车与方程式赛车相似，能源动力装置位于后部，因此前部可以采用革新式设计。

提出了一种车身前部采用类似方墩柱冲击衰减器的几何结构（图1），以分析电动汽车的碰撞能量吸收能力。为了获得较高抗冲击性的轻量化结构，将应用金属和复合材料的冲击衰减器结构进行了对比。首先，将应用金属材质和复合材质的方墩柱结构进行数学近似模拟，对总体加载和轴向平均加载冲击进行评估，之后进行适应性检测，并对应用于电动汽车前部的能够吸收固定冲击能量的冲击减振器结构参数配置进行了可行性分析。

为了设计薄壁方墩形结构的特定冲击衰减器，建立了一个记录碰撞过程能量损耗的理论模型。对金属材料和复合结构材料的碰撞吸收性能进行了数值分析，并将试验数据与模型的数据进行了对比。简化模型及建模过程分析结果表明，复合材料应用于电动汽车冲击衰减器的设计，其相对于金属材料更能满足安全需求。

刊名：Composite

Structures（英）

刊期：2014年第115期

作者：Simonetta Boria et al

编译：李天齐