某卡车侧防护的轻量化研究

李小文 ， 陈冬民 ， 徐 莉 ， 李文凤

（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330100）

商用车在发生交通事故时对人员和车辆的损失往往是巨大的，随着交通的快速发展，对于商用车增加侧部防护显得更为重要，结构可靠的侧部防护可防止行人以及骑自行车、电动车或摩托车的人员卷入车下导致的事故，这是企业对社会的责任。本研究将传统的钢材侧防护替换为一种新型复合材料，根据法规GB 11567—2017[1]的要求建立模型，对其强度进行模拟分析，并通过零部件试验验证，仿真分析和试验结果都证明，该新材料侧防护可满足法规性能要求，在满足法规的要求下也实现了侧防护的轻量化。

1 侧防护法规要求说明

1）侧面防护装置包括横杆、竖杆和垂直构件，侧防护不应增加车辆的总宽，其外表面应位于车辆最外沿以内不大于150 mm的位置，在侧防护后段250 mm区域内，侧防护外边表面距轮胎外侧的距离应小于30 mm。前缘应处于最靠近它的轮胎周边切面向后300 mm的范围之内，后缘应处于最靠近它的轮胎周边切面之前300 mm的范围之内[2]。

2）车辆空载状态下，侧面防护装置的下缘任意一点离地高度应不大于550 mm，上缘与其车辆上部构件应不大于350 mm。

3）当用直径（220±10） mm圆形平头施以1 kN的静压力垂直作用于该装置外表面选定位置，其因受力而产生的变形在施压中心点测量应满足：侧面装置的最后250 mm段的变形不超过30 mm，其余部分变形不超过150 mm。

2 侧防护仿真分析

2.1 模型概括

该侧防护装置由横杆、竖杆及垂直构件组成，竖杆和横杆之间采用黏接方式进行连接，组件结构如图1所示；各组件的属性和材料参数如表1所示。

图1 侧防护组件

表1 各组件的属性和材料参数

2.2 加载工况说明

1）选取侧护栏两端和中间3个位置作为加载点，约束支架固定点处6个方向的自由度[3-5]；

2）在220 mm的圆形压盘上加载1.2 kN（含1.2倍安全系数）的力[3-5]；

3）3种工况加载位置如图2所示：P1位置为靠近前端模块的端点，P2位置为支架约束的中心点，P3位置为远离前端模块的端点[3-5]。

图2 3种工况加载位置

2.3 分析结果

1）P1点加载，如图3（a）所示，因应力σ11＞0，纵向被拉伸，最大应力为83 MPa，小于材料纵向拉伸极限577 MPa；如图3（b）所示，应力σ22＜0，横向被压缩，最大应力为44 MPa，小于材料横向压缩极限108 MPa，因此判断该材料未发生断裂。

图3 P1加载应力云图

P1加载力-位移曲线如图4所示，P1工况1 200 N加载下，护栏的最大位移为23.5 mm（小于30 mm），该工况满足法规要求。

图4 P1加载力-位移曲线

2）P2点加载，如图5（a）所示，因应力σ11＞0，纵向被拉伸，最大应力为56.5 MPa，小于材料纵向拉伸极限577 MPa；如图5（b）所示，应力σ22＜0，横向被压缩，最大应力为15.7 MPa，小于材料横向压缩极限108 MPa，因此判断该材料未发生断裂。

图5 P2加载应力云图

P2加载力-位移曲线如图6所示，P2工况1 200 N加载下，护栏的最大位移为9.4 mm（小于30 mm），该工况满足法规要求。

图6 P2加载力-位移曲线

3）P3点加载，如图7（a）所示，因应力σ11＞0，纵向被拉伸，最大应力为79.9 MPa，小于材料纵向拉伸极限577 MPa；如图7（b）所示，应力σ22＜0，横向被压缩，最大应力为36.6 MPa，小于材料横向压缩极限108 MPa，因此判断该材料未发生断裂。

图7 P3加载应力云图

P3加载力-位移曲线如图8所示，P3工况1 200 N加载下，护栏的最大位移为22.4 mm（小于30 mm），故该工况满足法规要求。

图8 P3加载力-位移曲线

3 侧防护试验结果

如图9所示侧防护装置固定牢固，用圆形平压头施以1 kN（国标）和1.2 kN（增加）的静压力垂直作用于该装置外表面的前端、中端及后端，并测量变形量，试验结果如表2所示，试验结果均满 足法规要求[6-7]。

图9 侧防护装置加载试验

4 结论

通过以上的强度仿真分析和样件试验验证，结果表明此新型材料的侧防护满足法规要求，为侧防护的轻量化提供参考依据。新材料的结构和设计可推广到其他同类装置中去。