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发表于 2020-1-13 11:02:15 | 显示全部楼层 |阅读模式

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高强钢板商用车轻量化车厢上的应用对策

陈绍敏
(东风柳州汽车有限公司,广西 柳州 545100)
汽车轻量化在线】摘 要:高强钢板拥有高强度,它是在正火或正火加回火的状态下形成较高综合力学性能的,它主要被应用于大型桥梁、船舶、起重机械以及机车车辆中。特别是在生产大量的机车车辆中,为了实现车体轻量化目标,汽车上越来越多开始使用高强钢板结构件。文章探讨了高强钢板在商用车轻量化车厢的设计应用,并基于不同材料展开撞击对比模拟试验,验证高强钢板的实用性能。
关键词:高强钢板;商用车轻量化车厢;模态CAE分析;撞击对比试验

1 高强钢板的基本概述

[size=1em]高强钢板强度大但并不厚,将其利用于车厢设计生产可直接延长车厢以及车辆使用寿命,降低车辆维护日常应用及维护成本,提高车辆基本性能与舒适度。从中国对高强钢板的研究中发现,由于钢板本身是通过冲压成型与回弹实现数值模拟的,所以它的压边力、板料厚度、宽度、拉伸筋以及其他材料性能因素均能够客观反映回弹规律。因此利用它制造车辆车厢可满足高效、省料基本要求。就目前来看,汽车轻量化已经不再采用冷冲压工艺,因为该工艺背景下的钢板容易出现破裂问题,无法满足高强钢板的加工工艺要求。所以目前针对高强钢板生产制造的热冲压成形技术已经非常流行,它综合考量了高强钢板的成形、传热与组织相变工艺实施过程,并利用到了高温奥氏体状态,结合板料塑性进行钢板整体硬度增强。最后再通过CAE模态分析与撞击对比模拟试验进行二次检验,确保高强钢板能够被应用于各个工业生产领域当中[1]。


2 商用车轻量化车厢中高强钢板的应用设计对策

[size=1em]在商用车轻量化车厢中应用高强钢板已经成为当前汽车制造企业所首选的技术方案之一,无论从延长汽车寿命还是降低汽车制造、运输成本等方面都有好处。下文就对商用车轻量化车厢中应用设计高强钢板的相关对策展开分析。

2.1 商用车车厢实现轻量化的基本条件

[size=1em]商用车车厢若想实现设计制造轻量化必须满足3点基本条件:第一,轻量化设计制造绝对不能影响到汽车中任何构件的强度与刚度;第二,不能导致汽车制造成本负担过重;第三,不能导致汽车在未来使用中修复成本过高。所以在对商用车车厢的整体设计方面需要慎重选择和运用轻量化材料,在明确计算出材料及车厢强度与刚度数据后,更要结合汽车生产制造的综合价值(例如材料价格、制造成本等)来推进生产制造过程。在这里,采用高强钢板已经成为当前汽车制造企业的不二选择。

2.2 商用车车厢轻量化技术设计应用

[size=1em]商用车车厢在长期使用过程中容易出现车厢边板、底板变形,这是由于其车厢承受重物冲击所导致的,即车厢变形,所以针对车厢的这一应用现状应该考虑使用高强钢板提高其刚度,避免变形问题发生。目前许多发达国家在商用车车厢生产制造过程中追求轻量化与刚度二者兼容并包,所以他们选择使用高强钢板,通过将高强钢板减薄以实现轻量化设计目的,它的设计经验公式应该为:


[size=1em]在该经验公式中,t1、t2分别表示低强度钢与高强度钢的钢板厚度,而ReL1和ReL2则分别代表低强度与高强度钢的屈服强度。结合该经验公式可快速计算不同材料的轻量化设计,并计算出高强钢板在不同材料轻量化设计背景下的钢板厚度,如表1所示。

[size=0.8em]表1 不同材料轻量化设计前后的高强铁板对应强度值变化数据

[size=1em]如表1,采用轻量化设计以后,商用车车厢的重量大约可以减轻1000kg左右,实现至少15%的轻量化。

[size=1em]在轻量化车厢设计后,要对其进行CAE分析,检查它在满载静止、满载运行状态下在不平路、制动以及转弯等等情况下的基本模态。比如说,商用车轻量化车厢在满载转弯工况下的对比模态CAE模态最大应力应该是略大于原设计模态的,不过它的材料屈服强度相对表现较低。从整体来看,车厢在轻量化设计以后其受力状态变化并不大,但它的最大应力可能会远远超过原用钢板材料的屈服强度。

2.3 商用车车厢轻量化不同材料背景下的撞击对比试验分析

[size=1em]为了考察用于设计商用车车厢轻量化的高强钢板强度,还要对其材料进行实际抗撞能力分析,即撞击模拟试验。一般来说,要模拟重量在350~400kg的重物与车厢底板、边板相互碰撞。还要采用重量在50kg的淬火钢球从7m左右的高空自由落体到被架空的高强钢板上,看钢球撞坑的深度。通过试验结果发现,8mm与12mm厚度的高强钢板在抗撞击与抗砸效果上表现相当,这表明商用车车厢材料轻量化设计是可以满足强度要求的[2]。


3 结束语

[size=1em]总体来看,采用高强钢板设计制造商用车轻量化车厢具有一定可行性,特别是它的减薄轻量化设计能够满足车辆的轻量化、高运输能力和低成本需求,为车辆利用经济效益最大化创造条件。



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