《表2 6063铝合金材料性能参数》

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《高韧性聚合物汽车防撞梁吸能盒的应用研究》

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目前，汽车铝制吸能盒产品截面以方形为主，而所使用材料多为6063，6063铝合金材料性能参数见表2。本文所建铝合金吸能盒模型尺寸如图6a所示，计算可知，该吸能盒模型质量为0.474kg。利用高分子材料可通过注塑成型复杂形状的优点，本文在PC/PBT吸能盒设计时添加内部实体筋提高产品结构刚性。本文所建PC/PBT吸能盒模型尺寸如图6b所示，该PC/PBT吸能盒模型质量为0.416kg。压缩测试仍在SANS CMT4204万能试验机上进行，压缩位移为180 mm，压缩速率为50mm/min。仿真计算输出的力—位移曲线和吸收能量值曲线如图7所示。从图7可知，铝合金吸能盒的最大接触反力为107.77kN，而PC/PBT吸能盒的最大接触反力仅为59.51kN。铝合金材料自身的弹性模量约为PC/PBT材料的30倍，因此具有较高的抵抗变形能力，从而展现出更高的接触反力。而PC/PBT吸能盒通过内部加强筋有效提高了其结构刚度，因此其接触反力也达到铝合金吸能盒的1/2左右。并且出于保护车身纵梁和车内乘员的考量，吸能盒碰撞的接触反力均有最大值的限定，具有适中的接触反力才可满足汽车碰撞的被动安全要求。随着载荷的持续，吸能盒材料开始压缩失效并伴随结构的失稳产生溃缩，此时吸能盒的接触反力出现急剧下降。铝合金吸能盒的接触反力下降至约22kN，而PC/PBT吸能盒依靠其结构的优势，接触反力维持在约40kN。由于PC/PBT吸能盒持续稳定的溃缩变形，最终PC/PBT吸能盒在压缩180mm的情况下，吸能值达到6.38kJ。相比铝合金吸能盒4.00kJ的吸能值，高出59.5%。2种吸能盒仿真溃缩后的形貌如图8所示，由图8可见，2种吸能盒在仿真压缩后均呈现层叠的溃缩形式，铝合金吸能盒由于材料自身弹性模量较高，抵抗变形能力更强，因此其溃缩层数较PC/PBT吸能盒更少。而PC/PBT材料强度较铝合金低，在压缩过程中更易溃缩变形，但由于其盒内部的加强筋提高了吸能盒的结构刚性，在持续的变形过程中材料的变形溃缩与结构刚性的抵抗变形能力得到一个适中的平衡，因此其压缩过程中力—位移曲线更为平稳。