广州顺天装备制造有限公司

    在塑料加工工业中，热压成型法是一种应用广泛的材料加工方法，其过程相对简单，将材料加热后把模型固定在加热板上注入材料，调节温度，使得材料硬化^[9-10]。然而，对于汽车的B柱，现有的加工理论大多基于冷压成型方法。该方法在碰撞中容易产生开裂、回弹等不安全现象。如图3(a)所示，B柱包含上下两个部分，为保证B柱的强度，又增加两个加强件。图3(b)是使用热压成型方法设计的B柱模型。各方法下模型的参数，如表1所示。可以看出，使用热压成型方法使汽车零部件的质量有了明显下降，从而达到了轻量化设计的目的。

    根据能量守恒定律，可以得到仿真环境中各个能量随时间的变化曲线。由于有限元仿真计算时，无法取到无穷大，因此有可能造成能量的泄露。而由图4可看出，系统中的Hourglass Energy趋近于0。因此，本文建立的仿真环境及碰撞模型满足能量守恒，可以用于汽车零部件的碰撞效果试验。给出了碰撞发生40 ms后，使用热压/冷压成型理论制造的B柱汽车的车身形变对比。可以明显的看出，图5(b)中使用热压成型理论的汽车车身在遭受同等级别的撞击时，其侧面车身的形变程度(门板、防撞梁等部件)远小于图5(a)中的车身。为了定量地衡量不同工艺下的车身变形程度，本文还选取了驾驶员驾驶汽车时预估的头部和中间肋骨在车内所处的位置进行了碰撞侵入的分析，结果如图6所示。

    图6给出了碰撞后汽车的侵入情况。从图6(a)和图6(b)可以看出，原始的头部参考点的大形变距离为46.56 mm，轻量化设计后的大形变距离为45.95 mm，优化了1 mm。原始上肋部参考点的大形变距离为116.89 mm，轻量化设计后的大形变距离为109.89 mm，优化了7 mm。从图6(c)～图6(d)可以看出，原始头部参考点大速度为5.61 m·s^-1，轻量化设计后为5.44 m·s^-1。原始上肋骨的参考点速度为6.63 m·s^-1，轻量化设计后的速度为6.47 m·s^-1。两个部位参考点速度均降低了约1.7 m·s^-1。在碰撞试验中，参考点形变距离的大小可以表征碰撞对于驾驶员的挤压状况，速度的大小可以表征碰撞对于驾驶员冲击的能量。从仿真结果可以看出，经过热压成型后在汽车车身在轻量化的同时，降低了碰撞的挤压和冲击力，从而可满足汽车碰撞的安全性需求。