汽車的前防撞梁一般隱藏在前保險(xiǎn)杠和車門內(nèi)。在大沖擊力的作用下，彈性材料不再能緩沖能量，真正保護(hù)車內(nèi)乘員。它是汽車車身被動(dòng)安全系統(tǒng)的一部分。事實(shí)上，防撞梁并不能使汽車"防碰撞"，但它的主要功能是傳遞力。簡(jiǎn)單來說，防撞梁的作用是：低速碰撞可以降低維護(hù)成本，高速碰撞有助于提高防護(hù)，尤其是在復(fù)雜真實(shí)的環(huán)境碰撞中。

1.汽車前防撞梁市場(chǎng)應(yīng)用調(diào)查

汽車前保險(xiǎn)杠作為汽車的安全部件，通常由金屬材料制成，如高強(qiáng)度鋼和鋁合金。一般由防撞梁、吸能盒、吸能盒加強(qiáng)件和連接板組成。圖1示出了汽車前碰撞梁的安裝位置。圖2示出了汽車前保險(xiǎn)杠的物理視圖。

圖1汽車前保險(xiǎn)杠安裝位置

圖2汽車前保險(xiǎn)杠實(shí)物圖

通過市場(chǎng)調(diào)研，統(tǒng)計(jì)了65款車型前保險(xiǎn)杠材料的應(yīng)用情況，有19款車型為自主品牌，其中2款車型采用了鋁合金保險(xiǎn)杠橫梁；合資品牌46款，10款采用鋁合金防撞梁。表1顯示了前防撞梁應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

表1汽車前防撞梁應(yīng)用統(tǒng)計(jì)表

調(diào)查結(jié)果顯示，合資品牌鋁合金防撞梁的應(yīng)用比例比國內(nèi)自主品牌高出2倍以上，鋁合金防撞梁在行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用是發(fā)展趨勢(shì)。鋁合金防撞梁平均質(zhì)量4.5 kg，鋼制防撞梁平均質(zhì)量6.6 kg，相差32%左右?？梢婁X合金防撞梁在輕量化方面優(yōu)勢(shì)明顯。一些鋁合金前保險(xiǎn)杠應(yīng)用模型如表2所示。

表2鋁合金汽車前保險(xiǎn)杠的應(yīng)用型號(hào)

2.汽車前防撞梁碰撞仿真對(duì)比分析

利用HyperMesh軟件建立前防撞梁的碰撞模型，模型建立后導(dǎo)入LS- DYNA軟件對(duì)防撞梁的性能進(jìn)行仿真分析。在工作狀態(tài)下，選擇防撞梁正面碰撞，防撞梁材料為6061系列鋁合金，碰撞質(zhì)量設(shè)置為1 700 kg，選擇速度為36 km/h，計(jì)算時(shí)間設(shè)置為30 ms

圖3是高強(qiáng)度鋼汽車前防撞梁的碰撞分析圖。圖3b顯示高強(qiáng)度鋼汽車前保險(xiǎn)杠橫梁的總碰撞能量約為85 kJ，其中48.2 kJ被吸收并轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，約56.7%的能量被吸收。

圖3高強(qiáng)度鋼汽車前防撞梁碰撞分析圖

圖4顯示鋁合金汽車前保險(xiǎn)杠橫梁的總碰撞能量約為85 kJ，其中58.3 kJ被吸收轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，約68.6%的能量被吸收。

鋁合金汽車前保險(xiǎn)杠碰撞分析圖。

比吸能是系統(tǒng)單位質(zhì)量的吸能量，反映不同材料和結(jié)構(gòu)的吸能能力。在基于輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，希望結(jié)構(gòu)件的比吸能值越大越好[1]。圖5顯示30 ms時(shí)鋁合金防撞梁的比吸能為11.3 kJ/kg，鋼防撞梁的比吸能為5.2 kJ/kg，鋁合金防撞梁的比吸能是鋼防撞梁的兩倍以上。

圖5比能量吸收對(duì)比圖

3.結(jié)論

在汽車產(chǎn)品制造中，逐漸增加鋁合金材料在汽車輕量化中的比重是必然趨勢(shì)。開發(fā)鋁合金防撞梁是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的主要途徑之一，經(jīng)過設(shè)計(jì)驗(yàn)證，鋁合金防撞梁將取代鋼制防撞梁。

1)從仿真結(jié)果來看，鋁合金碰撞梁的吸能性能優(yōu)于鋼制碰撞梁，滿足設(shè)計(jì)要求。

2)與鋼鐵材料相比，鋁合金具有密度較低的優(yōu)勢(shì)。重放