热冲压成形B柱碰撞性能研究

阚洪贵，唐程光，鲁后国，李铁柱

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

热冲压成形B柱碰撞性能研究

阚洪贵，唐程光，鲁后国，李铁柱

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

随着人们对汽车安全性能要求的不断提高，热冲压钢因具备超高强度，在车身的应用越来越广泛。B柱是车身上重要的安全结构件。在整车侧面碰撞中，B柱的耐碰撞性能对整车侧面碰撞性能具有重要影响。文章对热冲压和冷冲压高强钢B柱零件的耐碰撞性能进行了对比研究，结果表明，利用热成形B柱零件可以有效的减少侧碰的侵入量。

热成形；B柱；侧面碰撞；性能研究

CLC NO.:U461.91 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-127-03

前言

随着全球能源匮乏和环境污染的不断加重，车身轻量化和节能减排已成为汽车发展的主要方向。而采用先进高强钢板是保证汽车安全前提下实现汽车轻量化的有效途径，然而使用先进高强钢存在回弹和不易成形等缺点[1,2,3]。热成形钢的使用可以有效的克服上述困难，因此，在汽车制造中获得了广泛应用。

车辆交通事故中轿车侧面碰撞是非常危险的一种碰撞形式。由于没有足够的缓冲吸能区间，侧面碰撞相比正面碰撞更容易引起严重的人员伤亡。头部损伤和胸部损伤是车辆侧面碰撞中常见的损伤类型，并且是造成重伤和死亡的主要原因[4]。

B柱作为车身重重要的安全结构件，在整车侧面碰撞中，B柱的耐碰撞性能对整车侧面碰撞性能具有重要影响。文章采用试验测试评价方法，结合仿真分析手段，对热冲压成形和冷冲压高强钢B柱零件的耐碰撞性能进行了对比研究。

1、实验材料与方案

1.1 实验材料

方案一为试验材料为1.2mm厚22MnB5冷轧板，方案二材料为1.8mm厚HC420LA冷轧板，其零件力学性能分别如下表1和下表2所示。

表1 热成形后零件力学性能

表2 冷冲压高强钢零件力学性能

1.2 实验方案

建立B柱侧面碰撞有限元仿真分析模型，并进行碰撞仿真分析，如图1所示。碰撞台车采用整车侧面碰撞用台车模型，质量为950Kg。在整车侧面碰撞过程中，B柱遭受撞击区域最大变形量约在80mm～100mm之间，根据仿真分析中不同碰撞速度下的B柱变形程度，确定移动台车碰撞速度为14km/h。进行设计工装的强度校核，如图2，碰撞过程中工装未发生明显塑性变形，满足设计要求。

图1 B柱侧面碰撞有限元仿真模型

图2 B柱侧面碰撞工装强度校核

B柱侧面碰撞试验方案如图3所示。B柱通过工装固定在刚性墙上，采用整车侧面碰撞标准壁障台车撞击B柱，碰撞瞬间移动台车速度为14Km/h±0.5Km/h。B柱固定状态为实际整车装车状态，并根据R点参数确定B柱在刚性墙上的相对安装位置，如图4所示。

图3 B柱侧面碰撞试验工况

图4 B柱安装固定

在B柱对应假人头部、胸部、腹部和骨盆位置，分别各布置一个传感器，用于输出该点位置的试验数据，如图5所示。在B柱左前方布置一个高速摄像，记录碰撞过程中B柱的变形过程，如图6所示。实验测量项目如表3所示。

表3 B柱零部件碰撞试验测量项目

图5 B柱侧面碰撞传感器位置

图6 B柱侧面碰撞传感器位置

2、实验结果与分析

2.1 B柱变形状态分析

实验中B柱变形模式均为上端的侵入变形较小、中下端撞击位置的侵入变形较大，且由于B柱下端的反弹，最终整体的变形程度较小（见图7）。

图7 侧碰B柱形态

2.2 B柱侵入量分析

根据加速度传感器数据，换算出B柱上对应假人头部、胸部、腹部和骨盆位置的侵入量，如图8所示。

通过试验对比，热冲压成形B柱在头部、胸部、腹部、骨盆部位的侵入量均低于冷冲压高强钢B柱。尤其是在侧面碰撞过程中最为重要的假人胸部的侵入量，热冲压成形B柱的入侵量为77.1mm，冷冲压高强钢B柱的入侵量为95.5mm，入侵量减少了21.4mm，碰撞性能提升达22%。

图8 B柱上对应假人各位置侵入量随时间变化曲线

3、结论

从对比试验数据可以看出：热冲压成形B柱在侧面碰撞过程中的各部位入侵量均低于传统冷冲压高强钢B柱。说明热成形零部件的使用可以有效的防止侧碰对乘员造成的伤害。

[1] M.Naderi,M.Ketabchi, M. Abbasi, W. Bleck, J. Mater. Process, Technol, 211(2011)1117-1125.

[2] M. Eriksson,M. Oldenburg. Testing and evaluation of material data for analysis of forming and hardening of boron steel components, Modelling Simulation of Material Science Engineering. 10(2002) 227-294.

[3] M. Merklein, J. Lecher. Investigation of the thermo-mechanical properties of hot stamping steels. Journal of Materials Processing Technology. 177(2006)452-455.

[4] 张斌,轿车侧碰撞安全性及乘员损伤防护技术研究[D], 湖南大学,2010.

Impact Performance Analysis of the Hot Press Forming B Pillar

Kan Honggui, Tang Chengguang, Lu Houguo, Li Tiezhu
( Anhui Jianghuai Automotive GCo. Ltd, Hefei 230601 )

Hot press forming steel used more and more extensively in the car body for its ultra-high strength and the increased safety requirements. B pillar is one of the important safety parts on the car body. The performance of B pillar is highly influenced the side impact performance. Hot press forming B pillar can reduce the instrument in the side impact comparing to the cold press forming.

Hot Press Forming; the B Pillar; Side Impact; Performance Analysis

U461.91

A

1671-7988 (2017)08-127-03

阚洪贵 (1983-)，男，山东临沂人，工程师，主要研究方向：汽车车身设计。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.043