新型点阵夹层防撞梁与负泊松比吸能盒复合总成开发与吸能性能

来源：中国血液净化杂志2021年第9期北京时间：

作者：李兆凯, 马正东, 李亦文, 张伟

单位：1. 长安大学 汽车学院, 陕西 西安 710064;2. 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室, 陕西 西安 710064;3. 密歇根大学 机械工程系, 密歇根 安娜堡 MI48109;4. 一汽解放汽车有限公司 车身开发部, 吉林 长春 130011;5. 西北工业大学 无人机特种技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (51905043); Natural Science Foundation of Shaanxi Province of China (2018JQ5072); Basic Scientific Research Funding of Central Universities of China (300102228105)

摘要：为高效解决车身结构抗撞性和轻量化同步实现的难题，以乘用车前防撞梁与吸能盒为例，将点阵夹层结构与负泊松比结构用于其设计，并考察新型复合总成的吸能性能。以传统高强钢方案作为对标基准，获取待开发总成的性能设计依据。基于高强钢总成40%重合率碰撞试验，完成有限元模型的精度验证，进而获得全宽碰撞的结构响应特征及吸能参考数值，用于指导新型总成的开发。通过数值模拟算例，分析新型复合总成对冲击输入能量的适应性及吸能量对负泊松比吸能盒壁厚的敏感性，从而提出增加吸能盒封板与防撞梁支撑的改进方案。改进后的点阵夹层防撞梁具有更佳的承载刚度与载荷传递能力，总成变形模式愈加合理；改进前、改进方案1与改进方案2的总成吸能量分别占输入总能量的11.5%、68.2%与92.76%，高于高强钢方案的64.09%；改进方案2较高强钢方案减重32.9%。复合前防撞总成的台车试验与仿真结果对比显示：输入能量、碰撞初速度、总成吸能量、平均压溃量、平均碰撞力与回弹速度等指标的偏差绝对值均小于5%。结果表明：采用点阵夹层结构与负泊松比结构后，新型复合总成的吸能性能与轻量化水平均优于高强钢方案，2类结构适合于车辆承载与吸能结构，复合总成的设计方法与开发流程适用于相关新型结构的开发。

关键词：汽车工程,复合防撞总成,抗撞性与轻量化设计,点阵夹层结构,负泊松比,防撞梁,吸能盒

基金资助：国家自然科学基金项目（51905043）；陕西省自然科学基础研究计划项目（2018JQ5072）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（300102228105）