对汽车保险杠的设计与仿真的研究

樊磊

摘要：通过对汽车保险杠设计开展分析，明确安全性、协调性、一致性是其主要设计原则，并且论述了保险杠定位设计、前后保险杠内部结构设计的要点。在此基础上，对汽车保险杠碰撞仿真进行了探究，以便从根本上提高保险杠设计的科学性，确保险杠具有良好的安全性能，为关注这一类话题的人们提供参考。

关键词：保险杠设计；仿真；定位；内部结构

引言：

随着时代的进步，社会经济水平的提升，交通事业得到了蓬勃发展，交通条件日益完善，为汽车工业的发展创造了良好环境。现阶段，汽车数量逐渐呈上升趋势，虽然给人们出行提供了便利性，但也导致交通事故出现。保险杠作为重要的安全防护部件，有利于保护驾驶员生命安全，因此需要对其进行科学的设计。

一、汽车保险杠的设计

（一）保险杠设计原则

保险杠是汽车重要组成部分，在保护驾驶员安全方面发挥着重要作用。因此，在实际设计中，应该确保其具有良好的安全性能，这样在车辆发生碰撞时，有利于将保险杠缓冲作用发挥到最大，降低碰撞对汽车的伤害程度，进而可提升驾驶员与乘客的安全。同时，还需坚持协调性、一致性原则，也就是促使质感、外形等方面与汽车整体风格相符。

（二）保险杠定位设计

在汽车保险杠设计中，保险杠定位设计是最关键的一个环节。其主定位方式主要有3种，一是1个Y，二是2个X，三是3个Z。一般情况下，都使用主定位方式进行保险杠定位设计。在设计中，辅助定位在X、Y、Z方向设定的定位结构数量多少，主要是依据结构的特点而定的。在这一过程中，需要对定位点结构位置的选择加以重视，通常情况下其会与X、Y、Z处于一种平行或者垂直的状态。此外，在保险杠定位设计中，为了实现良好的设计效果，需要对环境结构与定位结构二者之间的间隙进行有效控制，其间隙不能超过0.2毫米，以便提升设计的科学性。

（三）前保内部结构的设计

在进行前保内部结构设计中，其上下格栅设计具有复杂性特点，因此需要考虑多方面的因素。第一，采用先进的格栅工艺，确保设计质量。第二，对空气进气需求进行分析，确保留出的通风孔占散热器面积的30%左右。为了减少设计问题出现，需要对格栅装配结构、尺寸进行合理的选择。第三，对于并排的卡扣之间的距离也要进行控制，使其保持在120毫米左右，并保证格栅亮条不高于格栅。

（四）后保内部结构设计

在后保內部结构设计过程中，需要对相关组件位置进行充分的考虑。如，雷达位置、雾灯为主、吸能器位置等。需要保证这些组件与前保对应组件相同。在该设计阶段，最重要的是保证排气管配合区域周边与后保的间隙在合理的范围之内，通常情况下，二者的间隙在20毫米左右，适当的间隙，可以减少排气管对汽车保险杠的不良影响。否则，当排气管温度过高时，十分容易会软化保险杠，影响保险杠的性能，难以发挥其安全保护作用。

二、汽车保险杠的碰撞仿真分析

保险杠在汽车碰撞时，会发挥良好的保护作用。为了确保保险杠这一安全部件具有良好的性能，本文重点对其碰撞仿真进行分析。在仿真分析中，需要借助相关的软件。首先，需要使用PRO-E软件，搭建保险杠几何模型，其实际上属于三维模型，并结合设计要求与汽车特点，有针对性的简化模型，为接下的仿真分析奠定良好的基础。其次，在进行汽车低速碰撞仿真时，需要发挥LS DYNA3D软件的作用。最后，采用LS PROPOST软件对保险杠仿真结果进行探究。通过三维模型进行汽车保险杠碰撞仿真分析，可以呈现可视化的数据，为仿真结果分析奠定了良好基础。为了保证分析结果的准确性，还需要使用相关软件进行验证。例如，ANSYS软件。

1.保险杠防撞梁及车体的几何模型构建

在进行保险杠碰撞仿真时，为了提高仿真的效率，通常都会简化模型，在这种情况下，会将汽车车身简化成一平板。

2.有限元模型的建立

在汽车保险杠碰撞仿真中，需要借助薄壳理论对其碰撞力学特性进行论述。主要把是因为很多零部件是由薄板冲击形成的。因此，会借助相应的薄壳单元进行仿真，例如SHELL163薄壳单元。

在仿真中，由于网格密度与最终的仿真结果息息相关，所以需要科学的选择网格密度，对汽车保险杠的网格密度进行严格的控制，以便减少对保险杠碰撞仿真的影响，提高仿真结果的客观性。在材料模型选用方面，由于车身和撞击墙刚度小，并且主要是进行低速碰撞试验，所以使用刚性材料进行模拟比较合适。

结论：

总而言之，保险杠是汽车必不可少的组成部分，有利于提升汽车的安全性。因此，需要对保险杠的设计加以重视，以安全性、一致性、协调性为设计原则，并掌握保险杠定位与内部结构设计的相关要点。为了确保设计的合理性，还需要对其碰撞进行仿真分析，确保其具有良好的性能，以便保证人们生命安全。