关于如何优化设计汽车车身结构安全部件材料的分析

摘要：汽车是当前生活中重要的出行工具之一，而且随着人们安全意识的提高，对汽车性能也有了更高的要求。对于汽车而言，其安全和车身结构安全部件有着直接的关系，发生意外碰撞事故后，车身结构安全部件的性能直接事关人们的生命安全，因此对此材料要合理的进行优化，这样才能有效的提升汽车的安全性。基于此，本文首先分析汽车碰撞安全性设计，然后探究汽车重要部件安全分析与优化，希望可以借此给汽车结构安全部件材料设计的相关研究提供一定的参考。

关键词：汽车;车身结构;安全部件;材料

汽车是人们出行必不可少的工具之一，它可以为我们的生活带来极大的便利，但是随着汽车数量的不断增加，各类交通事故也呈现出日益增长的趋势。当发生汽车碰撞后，人们的生命财产会受到极大的威胁，因此保障汽车的安全性是汽车设计的核心问题之一。一般而言，汽车的车身结构直接关系到其碰撞的安全性，因此其关键的安全部件材料要合理的进行选择，这样才有更好的保障车内人员的安全。

1 汽车碰撞安全性设计

1.1汽车安全性设计的原则

汽车在发生碰撞后会产生剧烈的冲击，这时车身会吸收一部分动能，这样就能减少症状对车内人员安全性的影响。对于汽车安全性设计而言，要保障碰撞的安全性，一方面是减少冲击的能量，另一方面是确保碰撞后车内仍有充足的人员占有空间。因此，汽车安全性设计首先需保证乘员舱的加速度数值设计在相对较小的范围之内，这样在发生碰撞之后减小人员因撞击而产生较大的冲击伤害。其次，前围板的嵌入量和转向柱的后移量也要控制在较小的范围之内，这样就能为车内的人员提供足够的生存空间，防止由于汽车碰撞产生的挤压而造成车内人员的损伤。

1.2优化设计汽车材料配置

汽车的安全性设计通常在对象选择上有一定的主观特性，例如材料的选择以及厚度的交互问题等，这些都需要从全面进行考虑，否则会对汽車的安全性产生影响。因此在对汽车进行安全性设计时首先要深入分析判断能量的分布和传导路径，然后选择其中的部件来进行优化设计，这样才能有效提高汽车的安全性能。另外，在选择设计对象时尽量要采用多目标优化的形式，建立起相应的模型，将相关因素都考虑在内，这样才能实现混合性优化的目的。

2 汽车重要部件安全分析与优化

2.1汽车能量传导路径分析

汽车在发生正面碰撞后能量会逐步的传递，分析其传递路径才能了解到不同部件的作用，为后续的优化设计奠定基础。车辆碰撞的能量传递主要是这三种路径，首先汽车与刚性障碍发生碰撞时，前保险杠会因为碰撞出现挤压变形，然后将力传递到纵梁，之后通过向上传递到汽车的后方位置。其次，汽车在发生碰撞时也可能是保险杠将力传给前纵梁，然后传递到纵梁的下方，最终传递到门槛梁和地板纵梁。除此之外，汽车在发生刚性碰撞后还可能使车身下方受到前轮胎的作用，将力传递到上方，然后传递到门槛梁，最后向车辆后方传递。

2.2能量分布分析

除了分析能量传递路径之外，还需要对能量分布进行分析，这样才能确定在传递路径中发挥性能作用的部件，进而针对性的采取优化设计。对于汽车正面碰撞而言，其车身上柱端发挥的性能作用相比下柱端较小，因此汽车车身以及成员舱中实际发挥性能作用的主要还是车身下段的传递路径，所以在进行优化设计时更应从车身下端的传递路径来进行考虑。

2.3敏感度分析

汽车车身结构安全部件的优化设计可采用正交实验的方法，对相关部件的实际敏感度进行探究，这样能够了解到不同因素的汽车车身安全性能影响的主次关系。一般而言，车身结构的材料质量都是最好的，用强度较高的钢材制成，但是这种材料的成本相对较高，所以在进行车身结构优化设计时要确保钢材被替换后，新材料也具备相同的性能，这样才能保障汽车的安全性。在进行实验时，可对所有的部件材料敏感度进行分析，选择材料变化较为敏感的部件，然后对其厚度进行多目标优化处理。经过相关的分析发现，汽车车身结构材料强度通常有一定的限制，因此需要将其维持在特定的范围之内，如果强度持续增加，很可能导致形变量不足而造成吸收动能效果较差的问题。借助正交试验能够确定最合适的范围，保证优化设计不会对其安全性产生影响。

2.4汽车车身结构材料配置优化设计方法

汽车车身材料的配置有多种方法，通常是建立相应的模型，然后借助模型分析材料配置。在进行分析时，要重点关注汽车车身部件材料以及厚度之间的交互性问题，可以把离散的变量转变为连续变量，然后针对性地采取调整措施，这样才能保证调整后接近其离散值，进而使局部得到最优的处理。另外，在进行分析时还可将连续变量实施离散化，借助差异性分析来探讨不同因素对结果的影响。除此之外，相应的优化设计还可采用遗传算法来进行处理，对不同的处理对象采用编码，然后由计算机来进行运作，保证处理对象离散连续混合。当然，相应的方法还有多种，但是都要注重局部和整体之间的关系，确保将所有影响因素都考虑在内，这样才能提升优化设计的科学性。

3 结语

汽车车身结构安全部件材料设计非常重要，近几年我国不断加大相关的投入，也借助碰撞实验来分析实际结果，很多车企都取得了重要的成果。但是从当前的实际情况来看，车身结构安全部件仍然有优化的空间。本文针对汽车碰撞安全设计分析了相应的措施，从能量传导路径、能量分布、敏感度和材料配置优化设计方法四个方面进行了探究，希望可以借此给汽车安全性设计的相关研究提供一定的方向。

参考文献

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作者简介：任龙军（1984.09-），男，汉族，吉林长春市人，行政职务，助教，硕士，主要从事汽车构造教学与汽车设计研究。