铝合金在汽车前防撞梁轻量化中的应用

汽车前防撞梁一般隐藏在前保险杠里面以及车门内部，在较大冲击力作用下，弹性材料已经不能缓冲能量，真正起到保护车内乘员的作用，它是车身被动安全系统的一部分，防撞梁其实并不是让车子“防撞”，它的主要作用是传力。简单概括，防撞梁的作用是：低速碰撞能减少维修成本，高速碰撞有助于提高保护性，尤其在复杂真实的环境碰撞中。

一、汽车前防撞梁市场应用情况调查

汽车前防撞梁作为汽车的安全部件，通常采用金属材质，如高强度钢材和铝合金等。它一般由防撞横梁、吸能盒、吸能盒加强件及连接板组成。图1 示出汽车前防撞梁安装位置。

通过市场调查，共统计65 款车型前防撞梁材料应用情况，自主品牌19 款车型，其中2 款车型应用铝合金防撞梁；合资品牌46 款车型，有10 款车型应用铝合金防撞梁。

调查结果显示：合资品牌铝合金防撞梁应用比例高于国内自主品牌2 倍多，行业内铝合金防撞梁应用是发展趋势。铝合金防撞梁平均质量4.5 kg，钢制防撞梁平均质量6.6 kg，差值约32%，可见铝合金防撞梁轻量化优势明显。部分铝合金前防撞梁应用车型。

二、汽车前防撞梁碰撞仿真对比分析

通过HyperMesh 软件建立前防撞梁碰撞模型，模型建好后导入LS- DYNA 软件进行防撞梁性能仿真分析。工况选择防撞梁正面碰撞，防撞梁材料选用6061 系铝合金，碰撞质量设置为1 700 kg，选用速度为36 km/h，计算时间设置为30 ms。

比吸能即系统单位质量的吸能量，比吸能反映了不同材料和结构的吸能能力。在基于轻量化的结构设计中，希望结构件比吸能值越大越好[1]。图5

显示在30 ms 时铝合金防撞梁比吸能为11.3 kJ/kg，钢防撞梁比吸能为5.2 kJ/kg。铝合金防撞梁的比吸能是钢防撞梁比吸能的2倍多。

3、结论

在汽车产品制造中，逐步加大铝合金材料的应用比例是汽车轻量化的必然趋势，开发铝合金防撞梁是实现汽车轻量化主要途径之一，铝合金防撞梁经过设计验证后必将取代钢制防撞梁。

1)根据仿真分析结果，正面碰撞铝合金防撞梁吸收能量优于钢制防撞梁，满足设计使用要求。

2)铝合金相比钢材料有着密度小的优势，用铝合金结构代替传统钢结构，可使前防撞梁质量减轻30%——50%，轻量化效果显著。

3)通过对比合资车企与自主车企铝合金防撞梁应用情况，可发现采用铝合金防撞梁是汽车轻量化未来趋势。

4)对比防撞梁比吸能分析结果显示，铝合金防撞梁吸能能力明显优于钢防撞梁，有助于提高整车安全性。