泡沫铝在保险杠上的应用-轴向压缩变形模式分析

为了使汽车在碰撞过程中保险杠吸收更多的能量，在汽车保险杠结构设计中，把保险杠横梁中加入纵向的管状吸能装置。

当保险杠受到纵向撞击时，保险杠中的纵向管状吸能装置发生轴向压溃，通过吸能装置的轴向压溃来吸收碰撞过程中的能量。研究表明，保险杠吸能装置的轴向压缩变形模式对于保险杠碰撞吸能效果有着重要的影响，吸能装置的主要变形模式有：对称叠缩型、过渡型和非对称叠缩型。

(1)非对称叠缩型   当吸能装置受到轴向碰撞时，变形的起点是吸能装置的中部或根部，中部或根部变形后进入非稳定状态，如图1所示，这种变形模式的变形仅发生在吸能装置的中部或根部，能量吸收有限，变形不稳定，且难于控制，在设计这种吸能装置时应避免这种变形模式。

(2)对称叠缩型   当吸能装置受到轴向碰撞时，变形区的前部开始发生压溃叠缩，并且这种变形逐渐向后进行，如图2所示，这种变形模式的变形量最大，吸能量最大，变形稳定，且便于控制。实现这种变形模式比较困难，是一种理想的变形模式，可以作为吸能装置理想变形模式的设计目标。

(3)过渡型  当吸能装置受到轴向碰撞时，变形区首先发生弹性变形，达到屈服极限后开始发生塑性对称的压缩变形。由于吸能装置的发生屈服变形不均匀，导致变形发生偏移，吸能装置发生局部失稳，直至发生非对称叠缩型变形，如图3所示，这种变形模式的在实际变形模式中较常见，如果控制好非对称变形的量，可以达到较好的吸能效果。

哈尔滨工业大学的颜捷通过对薄壁梁进行轴向冲击试验得到，薄壁梁发生理想对称叠缩变形，可以吸收更多的能量，如图4所示，证明了对称叠缩型变形模式为轴向压缩的理想变形模式。本文保险杠吸能装置主要作用是最大化吸收能量,故采用理想对称叠缩型变形模式进行变形吸能，以此来提高保险杠的碰撞吸能性能。