汽车系能装置1008044204徐孟发

1、汽车吸能装置摘要:薄壁管非常广泛的应用在工程领域中,特别是用在汽车结构中来抵制轴向的或横向的撞击力,因为他们能出色的能量吸收能力,然而,在这个向变形的模型中力有一个很大的峰值,这个最大的力不仅能整体造成受害者整体的损害,同时对结构和货物和环境也带来损害.为了开发对碰撞力量的修饰改变的能量吸收装置,修饰力量的方形金属管经调查测试能够控制盒子力量变形的过程.一个很小的装置被设计出来作为一种碰撞力的改性剂,这种改性剂引入要求的不合格折贴到方形管中在碰撞者和管子碰撞之前,以至于减少这个最大的力量值.这个雏形的许多控制参数被制造和测试,研究在静态和动态状态下关于吸能装置的参数影响.结果表明力量改性剂能实

2、现既定要求的减少最大力量的特征.同时保持着原始方形管子完美的吸能效果.随着将来进一步的提高,他能运用到汽车和路边安全硬件设施中以减轻交通事故带来的后果.关键字:能量吸收装置,力量改性剂,方盒,碰撞测试,交通安全科技的进步不仅使汽车的数量增加,同时增加了汽车的行驶里程,而且提高; 车速和更多的汽车种类(如大卡车,飞行器)这意味着汽车本身有着复杂的结构,并且如果他们卷入交通事故中,对于人和环境的损害会是非常严重的.因此,交通安全成为人们关心的首要话题之一,汽车结构中的吸能装置是十分重要的.自上世纪70年代以来,能量吸收的结构和材料的研究和发展得到很大的关注.一些基本原理可以作为吸能装置设计的方针不

3、可取消的能量转换,受限的经常地反应力,稳固的和重复的变形模型,轻的质量和十分完美的能量吸收装置,底花费和易安装的.薄壁管是广泛应用于工程,特别是用在汽车结构上用以抵抗横向或者纵向的碰撞载荷.从汽车的完美的特殊的吸能装置上来看,轴向的碰撞要比横向的碰撞大好多倍.然而,横向载荷的管子有极高的力量峰值,可能不仅会带来乘客的全部损失,而且对于结构 货物和环境也有损害.为了测试人类的头部猛烈的碰撞的部位,头部损失的标准被广泛应用于测试,表明头部损伤情况. 这里是最大加速度，因此一个非常大的力量将导致严重的后果。基于这个变化的公式，很容易证明整个车的速度已给出的情况下。这个盖德严重指数（GIS，代表人类头

4、部的公差）使损伤降到最低，如果碰撞的过程仍保持不变的情况下。那就意味着，如果力量的移位曲线是稳定的，就可以把伤害降到最小。以至于，一个理想的吸能装置将拥有一个近似的管子，它能够保持高效的能量吸收能力，与此同时会产生更小的力量峰值。一，初步的设计和实验1.1最初的思想在研究轴向承载力的吸能装置时，东京的一个研究机构主张在经过轴向碰撞的根本上应用横向的碰撞。这种方法能够控制在轴向碰撞下，没有减少结构的硬度和强度的情况下的能量吸收装置。他充分利用了在横向碰撞下的产生的瑕疵，而不是在使用一个别的制动器。薄壁管别广泛应用于工程领域，特别是在汽车结构中抵制轴向或横向的碰撞载荷是十分优秀的吸能装置，在我们的

5、研究中，薄壁方金属管被选作为基础能量吸收装置，同时一个叫做力量改性剂的小设备被加在服务于控制力量修饰的特性。轴向载荷方向管的变形机理如图1所示，并且据统计被压倒的方形管准守下面的公式：，这里的L是第一次折叠的长度一半，单位是mm;T是壁厚，mm.C代表方形管的边长，单位是mm.管子的材料是从很多种金属材料中选择的，例如锌、铝、锡，铁等。 方形管的主要几何参数随着力量的调整如表格1所示，并参考图2.方形管，防撞板、诱导棒、拖棒和螺栓。图1折叠弯曲模型图2 整体设计参数和速率的关系表1 整体设计参数1.2计算假设当防撞板达到方形管的重量，方形管产生一个角。当给出所有的几何参数和描述。根据图2的函数

6、关系可以得到下面的式子，一些参数的可能计算结果已经总结在表2中。那么，三个参数h，L，证明是控制参数。1.3 初步的测试初步测试的目的是为了能量吸收装置选择最好的材料，并验证合适的比例对于边长和厚度，C|T，也就是确定管子变形模型。先让我们定义这个主要的力的参数=（全部的能量）整体外部的移位），和不稳定的系数K=（最大力量）（主要的力量）。所有的碰撞测试总结在GRC冲击8250物体自由下落模型中，对于这个锌铁合金的方形管（E=120Pa；CT=80|0.8=100），当重量=22.4Kg的物体从一米高处下落，V=3.96m|s,最大的力量减小了38.2%。对于铝合金挤压材料的管子（E=75Pa

7、，C|T=40|1.2=33.3），当重量m=24Kg，从0.5米处下落，V=3m|s,这个减少的力量最大值仅为12.5%，意味着这个管子太坚硬和脆弱。对于一个成型的薄壁方形管（E=80Pa，C|T=40|0.36=111），这是从一个圆形罐被改造的，重量m=13Kg 从0.5米处下落，V=2.4m|s，这个最大力减少了64%，但是它太薄并且太有弹性了。总之，在这三个方管模型中，铁材料被选作进一步的测试。为了让方管改装成没有碰撞弯曲的模型，应该选择C|T=110的参数,下一步我们调整材料和CT的值,当不同于其他关键的参数.2 系统的测试和分析在我们的系统研究中,超过20多种的同种材料的方形管和

8、同样参数的几何尺寸（60mm60mm150mm）被制定。最小的系数是150GPa；壁面的厚度是0.50mm,并且CT=60|0.5=120.分别比较不同参数被使用时的力量调节装置，为了发现最重要的参数和它们对减小最大力的影响，这个试验样品被分为静态组A，B和动态组A，B，C，D.所有的样品被标志为静态Lh和动态的Lh（例如D-15-25-90）。2.1 准静态测试四个准静态测试（两个没有力量改性剂，没有S-a，没有S-b;两个有力量改性剂：S-35-10-90，S-65-10-90）在万能试验机上被总结出来，重50KN和碰撞速度1mm|min.这样做的目的是为了发现准静态的能力吸收的变形过程。

9、2.2动态碰撞测试 所有的碰撞测试是在GRC冲击8250自由下落力量测试机上进行的；m=13Kg的重物从0.5m的高处下落，因此碰撞系数是V=3.13ms。在测试中仅有一个参数L，h和是在每组中变化的，与此同时其他参数跟着变化。2.21 A组在这组中不同的长度值被使用（15 mm,30 mm,45 mm,60 mm和75mm）,当h=15min且=90被使用时，所有的样品都是在同一个实验环境下进行的，在测试中发现两个变形的模型是弯曲模式（D-45-15-90，D-30-15-90和D-15-15-90）和六边形模式（D-60-15-90，D-75-15-90他们变形在六边形的前面）。弯曲模式的

10、最大力量要比六边形模式的力量要大。对于弯曲模式，碰撞点最低，最大力最小。峰值力量最大的减少值是17.4%也就是从31KN减小到25.5KN，六边形模型对于能量的吸收不是最合适的，弯曲模型是比较好的选择。2.2.2B组在这一组中，不同的角度值（90,60,30）分别使用，当L=15mm时h=25mm也跟着改变，所有的样品在同样的环境下测试，图片如图3所示。第二组的结果表明更小的角度和更低的力量峰值如图4，这个峰值的力量减少了77.5%，从31KN减小到7KN。不稳定系数K从5.43减小到2.89，如图表3表明力量位移曲线也更稳定，那就是弯曲模式。结果表明角度在减小力量峰值的影响中有着十分重要的作

11、用，这主要是由于几何的关系，如图5所示。假设能量吸收装置有着同样的L和同样的h,除了不同的（图3）。当防撞板下落同样的垂直位移d.然后是不同的横向位移K1,K2,K3,随着碰撞点在碰撞杆上的位置不同会减小，当K1K2K3时能够得出图5的结果。实际上从图5 的几何关系上我们可以得出强度，随着的减小，K也变小，这符合试验得出的结果。从这个例子，可以发现当C和d不变时，位移k的变化仅跟有关。当自动增加时，k也慢慢的增加。2.2.3 C组在这一组中，不同的防撞高度h(15,20,25,30和35mm)被使用时，当L=15mm时和=90mm被调整，所有的样品在同样的环境下被测试，如图图6所示，C组试验的

12、结果表明，防撞高度的增加，力量峰值也跟着降低，图7和8。力量峰值减少了75%，从31KN减小到7.65KN。弯曲模式总是出现在同一个位置，弯曲模式适用于减小力量峰值的同时保持着良好的能量吸收性能。不稳定系数K从5.43减小到4.53如表4，这意味着力量位移曲线大致表现出稳定的过程，换句话说，力量改性剂提供能量吸收的几乎完美的力量位移特性。图9表示在没有力量改性剂的情况下方形管的变形比较。3 总结（1）一系列的薄壁方管与力的轴向冲击行为在不同的参数在调查中他们的力量位移特性，例如力量峰值的减少，和主要的力量，以及这个不稳定的系数。（2）把力量改性剂加到方管中，这个力量峰值明显减小。每一个吸能装置减少的峰值力量发现是与力量改性剂的主要参数相关的。大多数样品的主要受力也减小，与此同时稳定的力量位移曲线有明显的提高（不稳定系数的曲线接近1），同时原始管的能量吸收能力仍保持着。（3）这个实验结果基本上符合理论分析，式（2）表明L=12mm时是合适的，然而L=1