拼焊形式前纵梁结构压溃性能参数分析及数值仿真研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，我国汽车工业有着突飞猛进的发展，其给人们生活带来便利的同时，也带来了能源、环境、安全等问题。其中能源问题较为关键^[1]。根据相关资料，汽车质量每减少50kg，每升燃油行驶的距离可增加2km，汽车质量每减轻1%，燃油消耗下降0.6%～1%^[2]。可见汽车轻量化是汽车节油的重要手段之一，而轻量化的重要措施之一就是采用高强度激光拼焊板^[3]。通过广泛采用激光拼焊板，不但可以降低油耗、利于环保，而且可以提升整车结构安全性能，其经济效益环保效益不可估量^[4]。

激光拼焊板技术是指将不同厚度、形状、成分、性能以及不同表面涂层的钢板拼焊在一起形成冲压成形前的毛坯，然后经冲压成形后获得高性能冲压件。以满足零部件不同部位对材料不同性能的要求^[5]。在国外，自上世纪后期开始，日本的本田汽车公司和丰田汽车公司、美国的通用汽车公司、瑞典的沃尔沃汽车公司等相机在车身零件设计中采用了拼焊板方法。在国内，拼焊板成型的研究主要集中在高校和研究所。吉林大学的王婷婷等通过杯突试验、拉伸试验和成型极限图试验研究了车用激光拼焊板的成型性能^[4]。激光拼焊版具有诸多优点：1）由于拼焊板可以一次成形，减少了大量冲压加工的设备和工序；2）在材料方面，可以节省板材的使用大约20%～25%，并可以利用废料提高板材的使用率；3）满足汽车各部分对材质、厚度以及性能的需求，将不同性能、涂层和厚度的板料拼焊在一起，提高了车身设计的灵活性，缩短了设计和开发的周期；4）根据车身不同部位强度的要求，合理使用一些轻质复合材料，而不需要焊接加强筋，从而减轻车身的质量；5）提高车辆结构的整体性能和安全性能，提高整体刚性，简化车辆的整体结构，提高零部件的装配精度；6）车身采用拼焊板，在撞击的过程中可以吸收更多的能量，从而增强耐撞性能^[6]。以上都使得激光拼焊板成为车身轻量化发展的一个重要方向，在现代汽车行业应用越来越广泛。拼焊板在典型车身上的运用包括前纵梁、保险杠、a柱、b柱、顶盖加固板、前后车门内板等^[7]。

随着汽车数量的不断上升，汽车安全性问题显得尤为突出。据统计数据表明，正面碰撞的乘员死亡率要高于侧面碰撞，在汽车正面碰撞中，决定车辆前部正面碰撞吸能性的主要是前纵梁、发动机罩、吸能盒、翼子板等前部铂金部件。其中，以前纵梁的吸能最为突出，试验研究表明，当汽车发生48km/h的正面碰撞时，其前纵梁可以吸收约50%～70%的碰撞能量^[8]，因而，针对汽车正面碰撞的车身耐撞性的首要任务便是前纵梁的耐撞性研究^[9]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

本课题属于科学研究类。传统等厚度且均质的车身用板材或者制造工艺已远远满足不了市场的需求。根据不同功能要求进行定制的拼焊形式管状结构在车身结构尤其是前纵梁件中有着巨大的应用潜能。本课题拟将前纵梁结构的碰撞安全工程问题抽象为管状结构的压溃吸能的科学问题，从计算机仿真分析入手，采用hypermesh、ls-dyna等有限元软件对汽车前纵梁进行碰撞模拟分析。对直梁构件进行准静态压溃试验，用试验数据来检验仿真数据的准确性。建立仿真模型进行数值模拟，并对该前纵梁结构做出改进，通过添加诱导槽和内部加强板的方法来提高前纵梁的吸能特性。最大限度分析出不同参数对拼焊形式车身管状结构的压溃性能的影响并得出一般性的结论，具体开展以下几个方面的研究：

1）焊缝位置对拼焊形式车身管状结构压溃性能的影响。焊缝处于不同位置时，耐撞性会发生变化。在本部分研究中，可对焊缝距离前端选取不同的几个位置，然后分别建立有限元仿真模型对几个管状结构进行压溃吸能实验，探究其影响关系。

3. 研究计划与安排

1（7 学期第20周）确定毕业设计题目、毕业设计任务书(相关参数)、校内资料收集

2～3（8 学期第1-2周）方案构思、文献检索、完成开题报告

4（8学期第3周）外文翻译、资料再收集

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 王金轮.基于高强度钢板的车身结构设计关键理论与应研究[d].广州：华南理工，2011

[2] 李淑慧,林忠钦,倪军.拼焊板在车身覆盖件冲压成型中的研究进展[j].机械工程学报2002，38(2) : 1-7

[3] 李桂华,熊飞,龙江启.车身材料轻量化及其新技术的应用[d] .广州：华南理工大学，2009