氣候變化是人類面臨的全球性問題,汽車行業(yè)是全球溫室氣體排放的主要領域之一。隨著我國汽車保有量的不斷提升,如何減少汽車行業(yè)碳排放是實現(xiàn)碳中和、碳達峰目標中的一個重要環(huán)節(jié)[1?6]。汽車輕量化就是在保證汽車強度和安全性能的前提下,盡可能地降低汽車的整備質量,從而提高汽車的動力性,減少燃料消耗,降低排放污染[7]。實驗證明,若汽車整備質量降低10%,燃油效率可提高6%~8%[8]。由于節(jié)能和環(huán)保的高要求,汽車的輕量化已經(jīng)成為研究熱點[9?17]。
輕量化材料的應用是汽車輕量化的主要方式之一,本文以PHS2000熱成形鋼輕量化材料替代傳統(tǒng)高強鋼,應用Hyperworks軟件對白車身進行有限元仿真分析。通過建立彎曲剛度和扭轉剛度工況,最終獲取白車身的剛度分析結果,有限元分析數(shù)據(jù)為白車身輕量化設計提供參考。
1. 輕量化材料
熱成形鋼材料在成形之前需要進行加熱和保溫使其奧氏體化,再將加熱到一定溫度的板料送入帶冷卻系統(tǒng)的沖壓模具內成形,并對其進行淬火,熱成形鋼材料從奧氏體組織轉變成馬氏體組織,從而獲得超高強度。因此熱成形鋼及熱成形技術成功解決了鋼板屈服強度提高但成形性能變差的問題,通過對板厚減薄實現(xiàn)降重和節(jié)約耗材,熱成形技術消除回彈影響,成形件精度高和質量好[18?22]。
本文應用的PHS2000熱成形鋼,厚度1.2 mm,依據(jù)GB/T228.1—2010標準進行靜態(tài)拉伸實驗,得到其常溫下的工程應力應變曲線及淬火后的工程應力應變曲線,見圖1。
2. 有限元模型建立
2.1 白車身模型建立
白車身有限元模型如圖2所示,基礎數(shù)據(jù)見表1。該白車身共有170個零件,在有限元模型中共有748473個網(wǎng)格,760932個節(jié)點,5545個焊點。白車身用材共20個牌號,28個規(guī)格,優(yōu)化后熱成形鋼使用量占比25.3%(圖2(b)深色部分)。