FSC赛车碰撞试验报告

图1

尺寸规格：箔厚0.06mm ，孔格边长为4mm ，

材质：AA3003/5052

平面压缩强度：2.07 MPa (室温23±摄氏度)

纵向剪切强度：1.48MPa (室温23±5摄氏

度)

青岛理工大学FSC 赛车碰撞试验报告

1. 规则要求

《2012年中国大学生方程式汽车大赛规则》关于前端缓冲结构数据要求：

3.21.1当前端缓冲安装在总重量为300kg(661 lbs)的赛车上，7.0m/s〔23.0ft/sec)的初速度与刚性障碍物发生

碰撞时，整车的平均减速度不能超过20g，最大减速度不能超过40g。

3.21.2当提交的数据为加速度数据时，平均减速度必须基于原始实验数据计算。最大减速度能够基于原始 实验数据评定。如果实验数据中最大减速度明显高于40g，则可使用下列两种滤波方式对原始实验数据进 行处理，它能够被CFC60 (Channel Filter Class 60 (100 Hz))滤波器过滤出来，参见SAE 操作规程建议丨211

“撞击测试方法”或是一个100赫兹3阶巴特沃斯(Butterworth)低通滤波器（每100赫兹衰减3分贝）。

2. 吸能器工作原理与结构

2.1吸能器工作原理

汽车的碰撞吸能过程是一个将汽车的动能转化为变形能及其他形式能量的过程.针对汽车前碰撞的缓冲吸 能器，一般采用不同金属薄壁吸能构件.这类薄壁构件在经受一定的轴向载荷后便会产生折叠式弹塑性变 形，从而消耗大量碰撞动能.吸能器在轴向载荷作用下变形直至压溃经历以下几个步骤：首先吸能器在局 部最薄弱处开始发生弯曲变形；紧接着继续增力加的轴向载荷使得整个薄壁因挤压失稳弯曲；随后发生边 缘屈服，吸能器开始产生塑性变形，吸收碰撞能量，元件边缘发生褶皱吸能器的承载能力下降；最后塑性 变形加大，边缘褶皱现象继续，外观表现为折叠，结构被压溃.

2.2吸能器结构

设计赛车吸能器时必须综合考虑其吸能能力、成本以及赛事规则要求等因素.蜂窝铝结构由六边形基本单 元组成，因其具有强度高、耐冲击强、低密度等优点而成为吸能器设计时的重要选择.蜂窝铝芯结构如图 1所示，选用图1

中拉伸展开块。其物理特性与尺寸规格如下所示.

横向剪切强度：0.82MPa (室温23±5摄氏度 公称密度：61 kg/m 3

尺寸（拉伸展开后的尺寸）：200mmX120mmX 200mm (长X 宽X 高)，

3. 动能计算

赛车具有的动能由下式计算：

K E = mv 2/2

式中，K E 为总动能（J），m 为总质量（kg)，v 为汽车的初速度（m/s)

根据赛事安全要求，赛车的动能为： K E = 300 X7X7/2 = 7350J

在碰撞试验的过程中，选用m=399kg 的试验台车以v 为7m/s 进行碰撞试验，其动能为： K= 399 X7X7/2 = 97 75.5 > = 73 5 0J 所以选用m=399kg 的

台车以v 为7m/s 进行碰撞试验是符合规则要求的。

4. 试验研究

4.1台车试验

本次试验在湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室进行.利用计算机数据采集系统对碰撞过程进 行数据采集，采样频率为10 kHz.利用环氧树脂固化剂将吸能器安装在试验台车的前端，台车m 为399kg， 以v 为7m / s 正面碰撞刚性墙。

4.2试验结果分析

图2和图3分别是吸能器与刚性墙碰撞前、后的状态。试验表明：在碰撞过程中，蜂窝铝芯吸能器发生褶皱变形，从而消耗大量碰撞动能，达到缓冲目的。

图2试验台车碰撞前状态 图3吸能器碰撞变形结果

通过数据通过数据采集系统采集得到的原始碰撞数据如图5(a)所示，由图可知，平均碰撞加速度 ap 是154.07m/s 2，很好的满足赛事规则中不得大于200 m / s 2的要求.根据赛事规则要求，采用巴特沃斯 〔Butterworth)低通滤波器对原始数据处理后的结果如图5(b)所示，得到台车碰撞峰值加速度ar 为 393.6m / s 2， <400 m /s 2，满足规则要求.

图5 (b )

图5台车撞击加速度曲线

为了能使吸能器在赛车碰撞过程中吸收更多的能量，从而更好的保护赛车手的安全，车队最终选用200mm X 120mm X 200mm (长X 宽X 高）的蜂窝铝芯作为赛车的碰撞吸能器.利用环氧树脂固化剂把吸能器安装 固定在铝板上，然后通过螺栓将铝板固定在赛车车架上。

5.结论

台车碰撞试验结果表明，该蜂窝铝芯碰撞吸能器能在赛车碰撞时，发生褶皱变形，从而吸收大量的碰撞动 能。满足2012年中国大学生方程式汽车大赛规则要求。 t/0.1ms

图5 (a )