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摘要：新型保险杠使用的材料是碳纤维增强复合材料这种新型的复合材料具有较强的性能，不仅质量轻而且强度比较高，适用于汽车构件。在针对汽车保险杠进行设计的过程当中，选择碳纤维增强复合材料可以使得保险杠的使用稳定性得到明显的提升。文章在针对汽车保险杠横梁进行研究时，重点探讨碳纤维增强复合材料以及橡胶制成的横梁，在碰撞时表现出来的优势，并且经过大量的实践研究以及分析之后，对比它与传统钢制保险杠和梁之间的差异。通过仿真实验以及现场实验，可发现有橡胶层保险杠横梁变形比较小，在发生碰撞之后可以保证汽车的变形情况，在可控范围之内，整体性能比较优越，满足各项要求和指标。
关键词：复合材料;橡胶;保险杠;碰撞;仿真
一、碳纤维复合材料层合板力学基础
假设碳纤维复合材料层合板中，变形前垂直于直线的直线段，在变形之后。直线仍然垂直中面该线段的长度不变。层合板是由两层或两层以上单层叠合在一起的层合形式的结构。各单层可以是纤维方向不同而材质相同，也可以是材质不同，因此层合板沿厚度方向具有弹性性能的非均匀性。
二、新型汽车保险杠设计模型
1.保险杠系统模型
我们在进行课题研究时，有某型号的汽车作为研究样本，对其汽车保险杠系统进行研究，并且以三维参数化造型作为基础，建立保险杠系统的实体模型，通过输入非线性有限元分析软件的相关数据之后，建立有限元模型。因为在进行实践操作以及试验的过程当中，正面低速碰撞的过程，会有车体全部吸收碰撞能量的情况，所以在这个过程当中，我们需要降低求解的时间，从而建立车体半仓的模型，保证在研究期间整个性能和结构以及保险杠横梁成为考核的重点对象。车体的其他部分需考虑为刚性体，并以此作为基础进行模拟试验。该汽车保险杠系统有限元模型由4542个单元组成部件的厚度，使用碰撞前厚度不考虑板厚的变化。保险杠的横梁，支架均用弹塑性材料。
进行低速碰撞实验，材料出现明显的变形情况，碰撞速度快慢会影响到材料的塑性行为。而且应变率过高会使得材料出现动力硬化的情况，所以在进行实验研究时，低速时可以选择不计算应变率，影响弹性材料的情况。
2.正面低速碰撞试验
为了更好的了解保险杠系统的特性，并且准确的分析相关的数据基础，我们假设保险杠连接部分不出现塑性变形的情况，车体也没有出现塑性变形的情况，而材料则是选择刚性材料，车体所有的节点都是通过自由度耦合的方式进行连接。以此作为基础，建立有限元模型系统，系统的总质量为1.6吨。正面低速碰撞实验的过程，需要将车体的速度控制在每小时7.2千米。将所有的数据以及信息输入到有限元模型当中，并且创建边界条件。为了将计算精度进行整体的提高，减小单元畸变的影响，在进行单元属性的分析，是通过沙漏控制的方式对其兽性变形的模型进行分析。
三、低速碰撞模拟及改进方案设计
1.低速碰撞分析
以保险杠低速碰撞有限元模型作为基础使用求解器，对该模型进行计算以及模拟。碰撞的过程，其时间在0.1秒之内。沙漏可以控制在5%以下，从这些数据以及信息当中可证实仿真实验的结果，具有较高的可信度。而且在这一过程当中，我们也可以看出随着碰撞的进行系统动能会不断的减小，系统的内能在不断的增大，但是总能量保持不变。而这个数据也正说明了保险杠结构会通过变形吸能的方式，保证整个系统的稳定性。所以我们也可以认为，保险杠系统是在低速碰撞工作当中最能吸能的零部件。
从研究期间获得的各项数据进行综合性分析，可以发现本次课题研究的型号的保险杠，在进入到低速碰撞的过程当中，其变形的时间是0.1秒，而0.03秒时保险杠的衡量发生了最为明显的变形情况，在0.0 7秒左右，保险杠的变形达到最大，经过测量保险杠的衡量峰值侵入位移达到130厘米。从这一数据当中，我们可以初步判断改良之后的保险杠横梁结构抗弯性能不足，在低速碰撞工作当中，仍然会导致车体出现较为明显的损害。
2.横梁结构改进方案
以上文分析的数据作为基础，对原保险杠横梁的截面特性进行综合性分析，可以发现保险杠的横梁纵向抗弯性能相对降低，因此在这个过程当中，我们需要重点针对截面形状进行重新设计。这同时还需要将乘客的安全以及车体保护作为考虑的重点内容。针对不同的需求，提出了两个不同的改进方案。改进方案一：保持原有衡量的形状，但是在保险杠衡量的内部，通过添加纵向支撑板的方式，将它的抗弯性能进行提升，该方案可以继续选择使用外板，冲压模具可以有效的控制改进的成本。
四、改进方案计算及有效性分析
与原方案相比，改进方案一以及改进方案二的碰撞变形图。受损的位置并不明显，横梁结构只是产生了弯折，对于车体可以产生较好的保护作用，所以方案一和方案二都有较好的抗弯性能，可以有效的减小车体的受损，他们入侵位移的峰值都可以控制在70厘米之内。
五、结果分析
新型保险杠在进行制作的过程当中，选用的材料是碳纤维横梁粘有橡胶材料。这种材料在实际使用的过程当中，与传统的钢制保险杠材料相比具有较高的稳定性，使得他们在碰撞的过程当中更加平稳，而且性能也远远优于无橡胶层的保险杠。汽车保险杠系统在进行设计的过程当中，需要与汽车的实际运行情况进行配合，才可以保证汽车设计的完整性以及合理性。上文针对汽车保险杠衡量的研究以及改进进行了深入的探讨。从碳纤维复合材料成合板力学基础新型汽车保险杠设计模型，低速碰撞模拟器，改进方案改进方案，计算机有效性分析等多个角度进行了综合性探讨。并且对不同衡量结构的保险杠系统进行了碰撞性能的研究。经过研究试验之后，可得出如下結果。①使用有限元法进行实验操作，可以精确到在线低速碰撞过程当中的实际情况，而保险杠系统的变形以及受益情况可以对整个系统的性能进行综合性评价。②在针对保险杠系统进行改进设计时，设计人员应该综合汽车的系统进行改良，并重点针对碰撞特性进行研究，可以通过有线云法证实方案的有效性，从而保证设计方案的理论基础。
参考文献
[1] 李洋， 施伟辰. 汽车保险杠横梁的研究与改进[J]. 汽车实用技术， 2017（10）：164-166.
[2] 檀晓红， 冯伟， 赵华松. 汽车保险杠横梁碰撞性能的有限元分析[J]. 力学与实践， 2004（02）：37-40.
[3] 柯桂颜， 曾春燕， 陈庆红，等. 某汽车保险杠横梁前板成形质量控制研究[J]. 制造技术与机床， 2019（8）.
关键词：复合材料;橡胶;保险杠;碰撞;仿真
一、碳纤维复合材料层合板力学基础
假设碳纤维复合材料层合板中，变形前垂直于直线的直线段，在变形之后。直线仍然垂直中面该线段的长度不变。层合板是由两层或两层以上单层叠合在一起的层合形式的结构。各单层可以是纤维方向不同而材质相同，也可以是材质不同，因此层合板沿厚度方向具有弹性性能的非均匀性。
二、新型汽车保险杠设计模型
1.保险杠系统模型
我们在进行课题研究时，有某型号的汽车作为研究样本，对其汽车保险杠系统进行研究，并且以三维参数化造型作为基础，建立保险杠系统的实体模型，通过输入非线性有限元分析软件的相关数据之后，建立有限元模型。因为在进行实践操作以及试验的过程当中，正面低速碰撞的过程，会有车体全部吸收碰撞能量的情况，所以在这个过程当中，我们需要降低求解的时间，从而建立车体半仓的模型，保证在研究期间整个性能和结构以及保险杠横梁成为考核的重点对象。车体的其他部分需考虑为刚性体，并以此作为基础进行模拟试验。该汽车保险杠系统有限元模型由4542个单元组成部件的厚度，使用碰撞前厚度不考虑板厚的变化。保险杠的横梁，支架均用弹塑性材料。
进行低速碰撞实验，材料出现明显的变形情况，碰撞速度快慢会影响到材料的塑性行为。而且应变率过高会使得材料出现动力硬化的情况，所以在进行实验研究时，低速时可以选择不计算应变率，影响弹性材料的情况。
2.正面低速碰撞试验
为了更好的了解保险杠系统的特性，并且准确的分析相关的数据基础，我们假设保险杠连接部分不出现塑性变形的情况，车体也没有出现塑性变形的情况，而材料则是选择刚性材料，车体所有的节点都是通过自由度耦合的方式进行连接。以此作为基础，建立有限元模型系统，系统的总质量为1.6吨。正面低速碰撞实验的过程，需要将车体的速度控制在每小时7.2千米。将所有的数据以及信息输入到有限元模型当中，并且创建边界条件。为了将计算精度进行整体的提高，减小单元畸变的影响，在进行单元属性的分析，是通过沙漏控制的方式对其兽性变形的模型进行分析。
三、低速碰撞模拟及改进方案设计
1.低速碰撞分析
以保险杠低速碰撞有限元模型作为基础使用求解器，对该模型进行计算以及模拟。碰撞的过程，其时间在0.1秒之内。沙漏可以控制在5%以下，从这些数据以及信息当中可证实仿真实验的结果，具有较高的可信度。而且在这一过程当中，我们也可以看出随着碰撞的进行系统动能会不断的减小，系统的内能在不断的增大，但是总能量保持不变。而这个数据也正说明了保险杠结构会通过变形吸能的方式，保证整个系统的稳定性。所以我们也可以认为，保险杠系统是在低速碰撞工作当中最能吸能的零部件。
从研究期间获得的各项数据进行综合性分析，可以发现本次课题研究的型号的保险杠，在进入到低速碰撞的过程当中，其变形的时间是0.1秒，而0.03秒时保险杠的衡量发生了最为明显的变形情况，在0.0 7秒左右，保险杠的变形达到最大，经过测量保险杠的衡量峰值侵入位移达到130厘米。从这一数据当中，我们可以初步判断改良之后的保险杠横梁结构抗弯性能不足，在低速碰撞工作当中，仍然会导致车体出现较为明显的损害。
2.横梁结构改进方案
以上文分析的数据作为基础，对原保险杠横梁的截面特性进行综合性分析，可以发现保险杠的横梁纵向抗弯性能相对降低，因此在这个过程当中，我们需要重点针对截面形状进行重新设计。这同时还需要将乘客的安全以及车体保护作为考虑的重点内容。针对不同的需求，提出了两个不同的改进方案。改进方案一：保持原有衡量的形状，但是在保险杠衡量的内部，通过添加纵向支撑板的方式，将它的抗弯性能进行提升，该方案可以继续选择使用外板，冲压模具可以有效的控制改进的成本。
四、改进方案计算及有效性分析
与原方案相比，改进方案一以及改进方案二的碰撞变形图。受损的位置并不明显，横梁结构只是产生了弯折，对于车体可以产生较好的保护作用，所以方案一和方案二都有较好的抗弯性能，可以有效的减小车体的受损，他们入侵位移的峰值都可以控制在70厘米之内。
五、结果分析
新型保险杠在进行制作的过程当中，选用的材料是碳纤维横梁粘有橡胶材料。这种材料在实际使用的过程当中，与传统的钢制保险杠材料相比具有较高的稳定性，使得他们在碰撞的过程当中更加平稳，而且性能也远远优于无橡胶层的保险杠。汽车保险杠系统在进行设计的过程当中，需要与汽车的实际运行情况进行配合，才可以保证汽车设计的完整性以及合理性。上文针对汽车保险杠衡量的研究以及改进进行了深入的探讨。从碳纤维复合材料成合板力学基础新型汽车保险杠设计模型，低速碰撞模拟器，改进方案改进方案，计算机有效性分析等多个角度进行了综合性探讨。并且对不同衡量结构的保险杠系统进行了碰撞性能的研究。经过研究试验之后，可得出如下結果。①使用有限元法进行实验操作，可以精确到在线低速碰撞过程当中的实际情况，而保险杠系统的变形以及受益情况可以对整个系统的性能进行综合性评价。②在针对保险杠系统进行改进设计时，设计人员应该综合汽车的系统进行改良，并重点针对碰撞特性进行研究，可以通过有线云法证实方案的有效性，从而保证设计方案的理论基础。
参考文献
[1] 李洋， 施伟辰. 汽车保险杠横梁的研究与改进[J]. 汽车实用技术， 2017（10）：164-166.
[2] 檀晓红， 冯伟， 赵华松. 汽车保险杠横梁碰撞性能的有限元分析[J]. 力学与实践， 2004（02）：37-40.
[3] 柯桂颜， 曾春燕， 陈庆红，等. 某汽车保险杠横梁前板成形质量控制研究[J]. 制造技术与机床， 2019（8）.