汽車系能裝置1008044204徐孟發(fā)

1、汽車吸能裝置摘要:薄壁管非常廣泛的應用在工程領域中,特別是用在汽車結構中來抵制軸向的或橫向的撞擊力,因為他們能出色的能量吸收能力,然而,在這個向變形的模型中力有一個很大的峰值,這個最大的力不僅能整體造成受害者整體的損害,同時對結構和貨物和環(huán)境也帶來損害.為了開發(fā)對碰撞力量的修飾改變的能量吸收裝置,修飾力量的方形金屬管經調查測試能夠控制盒子力量變形的過程.一個很小的裝置被設計出來作為一種碰撞力的改性劑,這種改性劑引入要求的不合格折貼到方形管中在碰撞者和管子碰撞之前,以至于減少這個最大的力量值.這個雛形的許多控制參數被制造和測試,研究在靜態(tài)和動態(tài)狀態(tài)下關于吸能裝置的參數影響.結果表明力量改性劑能實

2、現既定要求的減少最大力量的特征.同時保持著原始方形管子完美的吸能效果.隨著將來進一步的提高,他能運用到汽車和路邊安全硬件設施中以減輕交通事故帶來的后果.關鍵字:能量吸收裝置,力量改性劑,方盒,碰撞測試,交通安全科技的進步不僅使汽車的數量增加,同時增加了汽車的行駛里程,而且提高; 車速和更多的汽車種類(如大卡車,飛行器)這意味著汽車本身有著復雜的結構,并且如果他們卷入交通事故中,對于人和環(huán)境的損害會是非常嚴重的.因此,交通安全成為人們關心的首要話題之一,汽車結構中的吸能裝置是十分重要的.自上世紀70年代以來,能量吸收的結構和材料的研究和發(fā)展得到很大的關注.一些基本原理可以作為吸能裝置設計的方針不

3、可取消的能量轉換,受限的經常地反應力,穩(wěn)固的和重復的變形模型,輕的質量和十分完美的能量吸收裝置,底花費和易安裝的.薄壁管是廣泛應用于工程,特別是用在汽車結構上用以抵抗橫向或者縱向的碰撞載荷.從汽車的完美的特殊的吸能裝置上來看,軸向的碰撞要比橫向的碰撞大好多倍.然而,橫向載荷的管子有極高的力量峰值,可能不僅會帶來乘客的全部損失,而且對于結構 貨物和環(huán)境也有損害.為了測試人類的頭部猛烈的碰撞的部位,頭部損失的標準被廣泛應用于測試,表明頭部損傷情況. 這里是最大加速度，因此一個非常大的力量將導致嚴重的后果?；谶@個變化的公式，很容易證明整個車的速度已給出的情況下。這個蓋德嚴重指數（GIS，代表人類頭

4、部的公差）使損傷降到最低，如果碰撞的過程仍保持不變的情況下。那就意味著，如果力量的移位曲線是穩(wěn)定的，就可以把傷害降到最小。以至于，一個理想的吸能裝置將擁有一個近似的管子，它能夠保持高效的能量吸收能力，與此同時會產生更小的力量峰值。一，初步的設計和實驗1.1最初的思想在研究軸向承載力的吸能裝置時，東京的一個研究機構主張在經過軸向碰撞的根本上應用橫向的碰撞。這種方法能夠控制在軸向碰撞下，沒有減少結構的硬度和強度的情況下的能量吸收裝置。他充分利用了在橫向碰撞下的產生的瑕疵，而不是在使用一個別的制動器。薄壁管別廣泛應用于工程領域，特別是在汽車結構中抵制軸向或橫向的碰撞載荷是十分優(yōu)秀的吸能裝置，在我們的

5、研究中，薄壁方金屬管被選作為基礎能量吸收裝置，同時一個叫做力量改性劑的小設備被加在服務于控制力量修飾的特性。軸向載荷方向管的變形機理如圖1所示，并且據統計被壓倒的方形管準守下面的公式：，這里的L是第一次折疊的長度一半，單位是mm;T是壁厚，mm.C代表方形管的邊長，單位是mm.管子的材料是從很多種金屬材料中選擇的，例如鋅、鋁、錫，鐵等。 方形管的主要幾何參數隨著力量的調整如表格1所示，并參考圖2.方形管，防撞板、誘導棒、拖棒和螺栓。圖1折疊彎曲模型圖2 整體設計參數和速率的關系表1 整體設計參數1.2計算假設當防撞板達到方形管的重量，方形管產生一個角。當給出所有的幾何參數和描述。根據圖2的函數

6、關系可以得到下面的式子，一些參數的可能計算結果已經總結在表2中。那么，三個參數h，L，證明是控制參數。1.3 初步的測試初步測試的目的是為了能量吸收裝置選擇最好的材料，并驗證合適的比例對于邊長和厚度，C|T，也就是確定管子變形模型。先讓我們定義這個主要的力的參數=（全部的能量）整體外部的移位），和不穩(wěn)定的系數K=（最大力量）（主要的力量）。所有的碰撞測試總結在GRC沖擊8250物體自由下落模型中，對于這個鋅鐵合金的方形管（E=120Pa；CT=80|0.8=100），當重量=22.4Kg的物體從一米高處下落，V=3.96m|s,最大的力量減小了38.2%。對于鋁合金擠壓材料的管子（E=75Pa

7、，C|T=40|1.2=33.3），當重量m=24Kg，從0.5米處下落，V=3m|s,這個減少的力量最大值僅為12.5%，意味著這個管子太堅硬和脆弱。對于一個成型的薄壁方形管（E=80Pa，C|T=40|0.36=111），這是從一個圓形罐被改造的，重量m=13Kg 從0.5米處下落，V=2.4m|s，這個最大力減少了64%，但是它太薄并且太有彈性了?？傊谶@三個方管模型中，鐵材料被選作進一步的測試。為了讓方管改裝成沒有碰撞彎曲的模型，應該選擇C|T=110的參數,下一步我們調整材料和CT的值,當不同于其他關鍵的參數.2 系統的測試和分析在我們的系統研究中,超過20多種的同種材料的方形管和

8、同樣參數的幾何尺寸（60mm60mm150mm）被制定。最小的系數是150GPa；壁面的厚度是0.50mm,并且CT=60|0.5=120.分別比較不同參數被使用時的力量調節(jié)裝置，為了發(fā)現最重要的參數和它們對減小最大力的影響，這個試驗樣品被分為靜態(tài)組A，B和動態(tài)組A，B，C，D.所有的樣品被標志為靜態(tài)Lh和動態(tài)的Lh（例如D-15-25-90）。2.1 準靜態(tài)測試四個準靜態(tài)測試（兩個沒有力量改性劑，沒有S-a，沒有S-b;兩個有力量改性劑：S-35-10-90，S-65-10-90）在萬能試驗機上被總結出來，重50KN和碰撞速度1mm|min.這樣做的目的是為了發(fā)現準靜態(tài)的能力吸收的變形過程。

9、2.2動態(tài)碰撞測試 所有的碰撞測試是在GRC沖擊8250自由下落力量測試機上進行的；m=13Kg的重物從0.5m的高處下落，因此碰撞系數是V=3.13ms。在測試中僅有一個參數L，h和是在每組中變化的，與此同時其他參數跟著變化。2.21 A組在這組中不同的長度值被使用（15 mm,30 mm,45 mm,60 mm和75mm）,當h=15min且=90被使用時，所有的樣品都是在同一個實驗環(huán)境下進行的，在測試中發(fā)現兩個變形的模型是彎曲模式（D-45-15-90，D-30-15-90和D-15-15-90）和六邊形模式（D-60-15-90，D-75-15-90他們變形在六邊形的前面）。彎曲模式的

10、最大力量要比六邊形模式的力量要大。對于彎曲模式，碰撞點最低，最大力最小。峰值力量最大的減少值是17.4%也就是從31KN減小到25.5KN，六邊形模型對于能量的吸收不是最合適的，彎曲模型是比較好的選擇。2.2.2B組在這一組中，不同的角度值（90,60,30）分別使用，當L=15mm時h=25mm也跟著改變，所有的樣品在同樣的環(huán)境下測試，圖片如圖3所示。第二組的結果表明更小的角度和更低的力量峰值如圖4，這個峰值的力量減少了77.5%，從31KN減小到7KN。不穩(wěn)定系數K從5.43減小到2.89，如圖表3表明力量位移曲線也更穩(wěn)定，那就是彎曲模式。結果表明角度在減小力量峰值的影響中有著十分重要的作

11、用，這主要是由于幾何的關系，如圖5所示。假設能量吸收裝置有著同樣的L和同樣的h,除了不同的（圖3）。當防撞板下落同樣的垂直位移d.然后是不同的橫向位移K1,K2,K3,隨著碰撞點在碰撞桿上的位置不同會減小，當K1K2K3時能夠得出圖5的結果。實際上從圖5 的幾何關系上我們可以得出強度，隨著的減小，K也變小，這符合試驗得出的結果。從這個例子，可以發(fā)現當C和d不變時，位移k的變化僅跟有關。當自動增加時，k也慢慢的增加。2.2.3 C組在這一組中，不同的防撞高度h(15,20,25,30和35mm)被使用時，當L=15mm時和=90mm被調整，所有的樣品在同樣的環(huán)境下被測試，如圖圖6所示，C組試驗的

12、結果表明，防撞高度的增加，力量峰值也跟著降低，圖7和8。力量峰值減少了75%，從31KN減小到7.65KN。彎曲模式總是出現在同一個位置，彎曲模式適用于減小力量峰值的同時保持著良好的能量吸收性能。不穩(wěn)定系數K從5.43減小到4.53如表4，這意味著力量位移曲線大致表現出穩(wěn)定的過程，換句話說，力量改性劑提供能量吸收的幾乎完美的力量位移特性。圖9表示在沒有力量改性劑的情況下方形管的變形比較。3 總結（1）一系列的薄壁方管與力的軸向沖擊行為在不同的參數在調查中他們的力量位移特性，例如力量峰值的減少，和主要的力量，以及這個不穩(wěn)定的系數。（2）把力量改性劑加到方管中，這個力量峰值明顯減小。每一個吸能裝置減少的峰值力量發(fā)現是與力量改性劑的主要參數相關的。大多數樣品的主要受力也減小，與此同時穩(wěn)定的力量位移曲線有明顯的提高（不穩(wěn)定系數的曲線接近1），同時原始管的能量吸收能力仍保持著。（3）這個實驗結果基本上符合理論分析，式（2）表明L=12mm時是合適的，然而L=1