张君媛，陈 光，武栎楠 刘 嬴

（吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室，长春 130022）

前纵梁是乘用车车身结构重要的纵向受力薄壁梁构件，在整车正面全宽碰撞（FRB）中，50%～70%的力由前纵梁吸收和传递［1－2］。随着汽车正面抗撞性要求的提高，前纵梁的刚度逐渐增大，质量也相应增加［3］。

目前，前纵梁结构设计方法有试验法、有限元仿真分析和公式法。试验法和有限元法都是在结构的详细设计完成以后才能进行，无法实现结构的正向设计。公式法则应用薄壁梁耐撞性理论建立结构特性（截面尺寸和材料）与耐撞性（平均压溃反力和最大弯曲力矩）之间的联系。该方法可用于从性能到结构（即从无到有）的正向设计中。

本文利用薄壁梁结构与压溃反力和弯曲力矩之间的关系，选择满足前纵梁子结构抗撞性标准和轻量化目标的截面形式和厚度，实现了前纵梁结构的正向设计。

1 前纵梁抗撞性目标及其分解

本文以汽车车身B柱的减速度－时间曲线（即碰撞波形）作为整车正面抗撞性的评价指标。以某国产中级轿车为例，探讨了不改变正面抗撞特性的同时，通过正向设计纵梁截面形状和厚度，实现其结构轻量化的方法。

该车整车质量约为1.37t，其有限元模型已通过试验验证。在65km／h正面全宽刚性墙碰撞时，整车前端结构达到最大变形，因此，以该工况作为研究工况，如图1所示。

图1 整车工况Fig.1 Boundary of the whole vehicle

原车碰撞总能量为218kJ，纵梁在碰撞中共吸收了52.5kJ的能量，在前端压溃空间不变的情况下，纵梁在碰撞中产生的压溃反力和抗弯力矩的大小对整车正面抗撞性（碰撞波形）的影响很大。……