基于瞬态响应的某轻型卡车保险杠设计

基于瞬态响应的某轻型卡车保险杠设计
作者：文/ 孙雪岳本朋
来源：《时代汽车》 2020年第13期
孙雪1 岳本朋2
1.山东五征集团有限公司山东省日照市 276825
2.浙江吉利新能源商用车集团有限公司
浙江省杭州市 311228
摘要：车辆的保险杠具有缓冲与吸收外力的作用，从而达到对轻型卡车前重要部分的保护作用。

与此同时，保险杠的设计在一定程度上具备美观的功能，亦是轻型卡车的装饰之一。

文
章主要是在有限元的分析与计算基础上，针对某轻型卡车的保险杠内板进行瞬态相应测验，然
后针对其结构实现优化的目标。

在经过多重实验后，发现道路以及抬价实验就符合实际设计要求，这样的方法应用在保险杠后期的设计中，具有一定的先导作用。

关键词：前保险杠有限元计算和分析瞬态响应
Design of a Light Truck Bumper Based on Transient Response
Sun Xue，YueBenpeng
Abstract：The bumper of a vehicle has the function of buffering and absorbing external forces, so as to achieve the protection of the important part of the front of the light truck. At the same time, the design of the bumper has a beautiful function to a certain extent, and it is also one of the decorations of light trucks. The article is mainly based on the analysis and calculation of finite element, and the corresponding transient test is carried out on the inner panel of the bumper of a light truck, and then the goal of optimization is achieved for its structure.
After multiple experiments, it was found that the road and price increase experiments meet the actual design requirements. This method has a certain leading role in the later design of the bumper.
Key words：front bumper, finite element calculation and analysis, transient response
1 引言
在针对保险杠的轻量化目标设计过程中，摒弃以往的钢制材料，而选择质地较为轻盈的塑
料材质更为有效，可以在很大程度上降低保险杠的重量，实现降重的目标。

符合车辆使用要求。

期间，需要格外注意的是保险杠的使用强度，一旦其强度达不到标准，将会严重影响车辆上路
的安全性能，随之会使车辆的结构产生的破坏。

其中，瞬时响应分析便是针对车辆的振动频次，来分析保险杠的质量问题，继而在一定基础上实现其优化作用。

针对车辆的使用来说，导致车
辆法发生较大的振动源于两个方面，其一是轮胎在做工过程中受到的路面作用，其二是发动机
的振动所影响。

汽车在运行过程中，路面对于车辆的作用是导致车辆产生振动的主要原因。

针
对此文章着重从路面开始研究，分析车辆的瞬态相应状态[1]。

2 保险杠有限元模型建立
面对常见的轻型卡车中，其保险杠内板、外板以及连接之间组成了一个整体的保险杠结构。

内板的存在，其作用就是为了作为骨架存在的，其支架的存在则是确保与内板之间相连接，使
之承受更多外在的压力，产生更多的预应力。

一般情况下，当车辆在道路上行驶时，承受来自
各部分的压力，导致保险杠的内板出现损耗的几率很大，应该将这一现象考虑进后期的设计工
作中，并且还要加大投资力度。

3 瞬态分析理论
动响应分析法中，包括瞬态动力学分析，其工作模式是通过仿真技术来实现对于结构瞬时
变化以及机械在不同荷载下的动力响应，使用瞬态分析，可以在不同的载荷工况下，实现对系
统结构在时间变化下发生的位移、力矩以及力等数据的收集。

所有的系统，在随着时间的变化下，进而导致在时间范围内，车身也会产生相同的作用力，在其影响下，车辆主体就会因为受
力而出现变形的情况。

基于达朗贝尔原理的为基础上，可得在所有的系统基础上，物体所受的
惯性力与所有的作用力之和必须为0。

针对此，继而研究系统的相应问题，可以相应的将惯性
作用引入其中，针对其中出现的问题加以研究，转化的过程中促进简单相应力的变化。

然后在
静态平衡的基础上，实现问题的分析与解决。

在此期间，通常是使用动力学研究方法来应对与
解决，问题解决过程详见以下内容：（1）离散化设备结构；（2）分析现有的单元方程；（3）分析现有的单元动力学；（4）针对整体的动力力学展开分析工作[2]。

不同的激励作用下，结
构会受阻尼力与惯性的作用，将其中的任一展开列式，可得下列方程式：
求解瞬态相应的方程过程中，目前来讲主要采取的方式是模态法与直接法，其中，直接法
的使用原理是采用结构耦合的求解方程加以展现，而模态法的使用原理则体现在以直接法为基础，对空间大小进行求解与缩减。

因此也可以理解为瞬态分析是作为模态分析的形式存在的[3]。

4 保险杠瞬态响应分析
3.1 仿真六自由度台架
在这一过程中，主要呈现出了对于六自由度的仿真架模型的仿真，在此基础上实现保险杠内板反生瞬态相应的模型计算期间，将保险杠的内本结构安装在其托架上，然后进行试验车架与托架的连接。

将驾驶室设置在驾驶室位置上，重新对驾驶室进行配置。

详见图1，分析其激励施加位置。

3.2 载荷及边界条件
当车辆行驶遇到不平整的路面时，会对轻型卡车造成一定的作用，车辆以一定的速度向前行驶时，会遇到保险杠时间出现载荷激励的情况女，并且在形式的过程中，受到路面激励是保险杠结构出现了瞬态响应的主要原因。

在进行数据采集时，主要是通过车辆经受瞬态响应后的变化而定的，通过软件的更新，将其应用在仿真模块的试验车架以及仿真悬架中，然后在有限元基础上开展计算。

针对车架与悬架的连接点展开加载时域位移[4]。

5 保险杠结构优化及结果
以提升保险杠的内部钢板的强度要求，要对现有的保险杠内板详细结构展开优化措施。

在针对原有的方案中的目标区域，展开优化式调整，将设计途径实现统一化，并且将原有方案中排布错乱的现象加以改进，实施均匀排布，然后可以使目标区域内的力量向设计方向释放，在通过优化强筋数量的同时，还能满足设计本身对于轻量化的要求。

在进行点的安装时，还要着重对于保险杠主体周边的各个安装点加以优化，并在结构体的底部安装固定点，这样一来就可以避免应局部刚度不足而导致的应力不集中。

下图2可以理解为保险杠的原结构方案，而图3可以理解为优化后的方案图片。

相比较原方案，优化后的方案更加具有说服力，在鱼鳞路况下，保险杠所承受的压力值从
之前的600Mpa直接下滑至200Mpa，呈现出较大的下降幅度，我们可以在图4与图6中，详细
了解到新旧方案的优化值变化趋势。

而在图5与图7中，则可以直观的看到方案优化前后的应
力动态变化。

经过道路的可靠性实验以及1万两千米的实验台架验证，轻型卡车的前保险杠内
板并未出现损耗以及断裂的现象，完全符合设计的初衷。

6 结语
总而言之，将瞬态相应的解决措施应用在鱼鳞路面的轻型卡车的路面行驶所受的力量分析中，可以有效的对车辆保险杠的内板展开受力的分析与计算，后期将形成的数据以云图或者曲
线图加以表现，在瞬态相应的作用下，针对现有的结构展开优化与设计。

在针对现有的道路试
验以及六自由度台架的支撑下，促使后期的保险杠的设计与使用均符合行驶要求，并且还能达
到所期的目标。

参考文献：
[1]李浩然，赵坤.基于瞬态响应的某轻型卡车保险杠设计[J].汽车实用技术，2020（06）：62-64.
[2]胡洪超.浅谈某轻型卡车前保险杠的设计[J].内燃机与配件，2018（09）：13-15.
[3]李丹.某轻型卡车前保险杠结构可行性分析[J].轻型汽车技术，2012（Z1）：25-28.。