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

1.汽車前防撞梁市場應(yīng)用調(diào)查

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

圖1汽車前保險杠安裝位置

圖2汽車前保險杠實物圖

通過市場調(diào)研，統(tǒng)計了65款車型前保險杠材料的應(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)計數(shù)據(jù)。

表1汽車前防撞梁應(yīng)用統(tǒng)計表

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。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。可見鋁合金防撞梁在輕量化方面優(yōu)勢明顯。一些鋁合金前保險杠應(yīng)用模型如表2所示。

表2鋁合金汽車前保險杠的應(yīng)用型號

2.汽車前防撞梁碰撞仿真對比分析

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軟件對防撞梁的性能進行仿真分析。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，計算時間設(shè)置為30 ms

圖3是高強度鋼汽車前防撞梁的碰撞分析圖。圖3b顯示高強度鋼汽車前保險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。開發(fā)鋁合金防撞梁是實現(xiàn)汽車輕量化的主要途徑之一，經(jīng)過設(shè)計驗證，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)計要求。

2)與鋼鐵材料相比，鋁合金具有密度較低的優(yōu)勢。重放