第16卷 第1期
摘要：目的 实现吸能盒的高碰撞吸能性和低成本化设计。方法 以传统的方形冲焊结构吸能盒为研究对象，将其优化为十字型冲焊和十字型内高压成形结构吸能盒，并利用成形数值仿真技术对十字型内高压成形吸能盒进行了成形性研究，还利用碰撞数值仿真技术对 3 种吸能盒结构进行了碰撞性能研究。结果 为提高碰撞吸能性，将传统方形冲焊结构吸能盒的 4 条主吸能常规传力路径，优化为十字型冲焊和十字型内高压成形结构吸能盒的 12 条主吸能传力路径，十字型内高压成形吸能盒同时能实现减重 6.4%；利用成形数值仿真技术对十字型内高压成形吸能盒进行了成形性研究，结果显示十字型内高压成形吸能盒通过一模十二件生产，能具备优良的可制造性和经济性，相比方形冲焊吸能盒，十字型内高压成形吸能盒可实现降成本 5.7%；利用碰撞数值仿真技术对 3 种吸能盒进行正面 100%碰撞和正面 40%偏置碰撞性能研究，相比方形冲焊吸能盒，结果显示十字型内高压成形吸能盒吸收能量分别增加 12.8%和 32.0%，碰撞力峰值分别降低 8.4%和 39.2%，比吸能分别增加 20.5%和 41.0%。结论 相比方形冲焊吸能盒，十字型内高压成形吸能盒可实现轻量化、低成本和高碰撞吸能性，同时还兼具优良的可制造性的特点。
图1 应用方形铝合金吸能盒的前防撞梁总成示例
图4 方形吸能盒和十字型吸能盒截面对比
图5 方形冲焊和十字型内高压结构吸能盒对比
图9 十字型吸能盒内高压成形数值仿真模型
图10 不同成形内压下吸能盒贴模率和最大减薄率对比
图11 不同成形内压下十字型吸能盒最大减薄率对比
图12 不同成形内压下十字型吸能盒贴模率对比
图13 不同成形内压下吸能盒最大贴模偏差对比
图14 不同成形内压下吸能盒与产品数据的截面线对比
图15 十字型内高压成形吸能盒加载曲线
图16 OP20 一模十二件内高压成形数值仿真结果
图17 OP30 单件割数值仿真结果
图18 80MPa 成形内压下贴模率和最大贴模偏差分析结果
图19 吸能盒内高压成形数值仿真合模力分析结果
图20 碰撞模型准确性验证
图21 正面 100%碰撞能量吸收对比曲线
图22 正面 40%偏置碰撞能量吸收对比曲线
图23 正面 100%碰撞力峰值对比曲线
图24 正面 40%偏置碰撞力峰值对比曲线
总结：
为实现吸能盒的高碰撞吸能性和低成本化设计，本文以传统的方形冲焊吸能盒为研究对象，将其优化为十字型冲焊和十字型内高压成形结构，利用成形数值仿真技术对十字型内高压成形吸能盒进行了成形性研究，利用碰撞数值仿真技术对 3 种吸能盒结构进 行了碰撞性能研究，结果表明相比方形冲焊吸能盒，十字型内高压成形吸能盒可实现轻量化、低成本和高碰撞吸能性，同时还兼具优良的可制造性的特点，主要结果如下：
1）为提高碰撞吸能性，将传统方形冲焊结构吸能盒（其通常设置 4 条主吸能传力路径），优化为十字型冲焊和十字型内高压成形结构吸能盒，其具备 12 条主吸能传力路径，十字型内高压成形吸能盒同时能实现减重 6.4%。
2）利用成形数值仿真技术对十字型内高压成形吸能盒进行了成形性研究，结果显示十字型内高压成形吸能盒通过一模十二件生产，具备优良的可制造性和经济性；其成形内压仅需 80 MPa 就能实现良好的尺寸精度要求，相比方形冲焊吸能盒，十字型内高压 成形吸能盒可实现降成本 5.7%。
3）利用碰撞数字化仿真技术对 3 种吸能盒进行 100%碰撞和正面 40%偏置碰撞性能研究，结果显示相比方形冲焊吸能盒，十字型内高压成形吸能盒吸收能量分别增加 12.8%和 32.0%，碰撞力峰值分别降低 8.4%和 39.2%，比吸能分别增加 20.5%和 41.0%，且压溃形态较优。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.01.021
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
李欢，李柏週，毛成明，刘宁，刘志波等.基于数值仿真的十字型内高压成形吸能盒优化设计[J]. 精密成形工程, 2024, 16(1):181-191.
Optimization design of Energy absorption box for Cross Type Internal High Pressure Forming Based on Numerical Simulation [J]. Precision Forming Engineering, 2024, 16(1):181-191.
