铝合金在汽车前防撞梁轻量化中的应用

汽车的前防撞梁一般隐藏在前保险杠和车门内。在大冲击力的作用下，弹性材料不再能缓冲能量，真正保护车内乘员。它是汽车车身被动安全系统的一部分。事实上，防撞梁并不能使汽车"防碰撞"，但它的主要功能是传递力。简单来说，防撞梁的作用是：低速碰撞可以降低维护成本，高速碰撞有助于提高防护，尤其是在复杂真实的环境碰撞中。

1.汽车前防撞梁市场应用调查

汽车前保险杠作为汽车的安全部件，通常由金属材料制成，如高强度钢和铝合金。一般由防撞梁、吸能盒、吸能盒加强件和连接板组成。图1示出了汽车前碰撞梁的安装位置。图2示出了汽车前保险杠的物理视图。

图1汽车前保险杠安装位置

图2汽车前保险杠实物图

通过市场调研，统计了65款车型前保险杠材料的应用情况，有19款车型为自主品牌，其中2款车型采用了铝合金保险杠横梁；合资品牌46款，10款采用铝合金防撞梁。表1显示了前防撞梁应用的统计数据。

表1汽车前防撞梁应用统计表

调查结果显示，合资品牌铝合金防撞梁的应用比例比国内自主品牌高出2倍以上，铝合金防撞梁在行业内的应用是发展趋势。铝合金防撞梁平均质量4.5 kg，钢制防撞梁平均质量6.6 kg，相差32%左右。可见铝合金防撞梁在轻量化方面优势明显。一些铝合金前保险杠应用模型如表2所示。

表2铝合金汽车前保险杠的应用型号

2.汽车前防撞梁碰撞仿真对比分析

利用HyperMesh软件建立前防撞梁的碰撞模型，模型建立后导入LS- DYNA软件对防撞梁的性能进行仿真分析。在工作状态下，选择防撞梁正面碰撞，防撞梁材料为6061系列铝合金，碰撞质量设置为1 700 kg，选择速度为36 km/h，计算时间设置为30 ms

图3是高强度钢汽车前防撞梁的碰撞分析图。图3b显示高强度钢汽车前保险杠横梁的总碰撞能量约为85 kJ，其中48.2 kJ被吸收并转化为内能，约56.7%的能量被吸收。

图3高强度钢汽车前防撞梁碰撞分析图

图4显示铝合金汽车前保险杠横梁的总碰撞能量约为85 kJ，其中58.3 kJ被吸收转化为内能，约68.6%的能量被吸收。

铝合金汽车前保险杠碰撞分析图。

比吸能是系统单位质量的吸能量，反映不同材料和结构的吸能能力。在基于轻量化的结构设计中，希望结构件的比吸能值越大越好[1]。图5显示30 ms时铝合金防撞梁的比吸能为11.3 kJ/kg，钢防撞梁的比吸能为5.2 kJ/kg，铝合金防撞梁的比吸能是钢防撞梁的两倍以上。

图5比能量吸收对比图

3.结论

在汽车产品制造中，逐渐增加铝合金材料在汽车轻量化中的比重是必然趋势。开发铝合金防撞梁是实现汽车轻量化的主要途径之一，经过设计验证，铝合金防撞梁将取代钢制防撞梁。

1)从仿真结果来看，铝合金碰撞梁的吸能性能优于钢制碰撞梁，满足设计要求。

2)与钢铁材料相比，铝合金具有密度较低的优势。重放