Оценка эффективности применения композиционных материалов для энергопоглощающих зон автомобильных несущих систем

В связи с возрастающими требованиями к экологичности и топливной экономичности автомобилей становится актуальной задача по снижению их массы. Одним из перспективных путей ее решения является использование композиционных материалов для производства несущих систем. Кузов автомобиля может подвергаться как статическим и медленно изменяющимся динамическим нагрузкам, так и ударным. Поэтому необходимо оценить эффективность применения композиционных материалов для изготовления элементов, отвечающих за энергопоглощение. Проанализированы особенности энергопоглощения при разрушении композитных конструкций, описаны протекающие при этом процессы. Даны рекомендации по проектированию композитных лонжеронов. Обоснован выбор критерия для оценки их эффективности, с помощью которого выполнено сравнение металлического и композитного лонжеронов. Путем сопоставления различных конструкций и материалов лонжерона выявлена необходимость учета особенностей композиционных материалов на этапе выбора формы и проектирования. Проведено моделирование работы передней энергопоглощающей зоны с композитными лонжеронами при фронтальном ударе. Подтверждены работоспособность и высокая эффективность предложенной конструкции.

Литература

[1] Owens E. Lightweight Materials R&D Annual Progress Report. U.S. Department of energy, 2014. 320 p.

[2] Lukaszewicz D. Design drivers for enhanced crash performance of automotive CFRP structures. 23rd International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles, Seoul, 27–30 May, 2013, paper no. 13-0302-O.

[3] Sills P. A novel solution for achieving lightweight, safe vehicle structures through composites (2008). URL: https://www.arb.ca.gov/cc/ccms/meetings/042108/4_21_current_techn_3_sills.pdf (дата обращения 19 августа 2017).

[4] Pignacca L. Speed and safety: composite materials in motorsport. Altair Americas HTC, Detroit, 2012. 56 p.

[5] Hiermaier S. Structures under crash and impact. Springer, 2008. 410 p.

[6] Elmarakbi A. Advanced composite materials for automotive applications: structural integrity and crashworthiness. John Wiley & Sons, Ltd., 2014. XXIV, 446 p.

[7] Hull D. A unified approach to progressive crushing of fibre-reinforced composite tubes. Composites science and technology, 1991, no. 40, pp. 377–421.

[8] Abrate S., Castanie B., Rajapakse Y. Dynamic failure of composite and sandwich structures. Springer, 2013. 643 p.

[9] Thornton P.H. Energy absorption in composite structures. Journal of Composite Materials, 1979, vol. 13, is. 3, pp. 247–262.

[10] Morello L., Rossini L., Pia G., Tonoli A. The automotive body. Vol. I: Components Design. Springer, 2011. 668 p.

[11] Morello L., Rossini L., Pia G., Tonoli A. The automotive body. Vol. II: System Design. Springer, 2011. 539 p.

[12] Hussain N., Regalla S., Rao Y. Comparative Study of Trigger Configuration for Enhancement of Crashworthiness of Automobile Crash Box Subjected to Axial Impact Loading. Procedia Engineering, 2017, no. 173, pp. 1390–1398.

[13] Yang T., Wang. J. Crashworthy component design of an ultra-light helicopter with energy absorbing composite structure. Procedia Engineering, 2014, no. 80, pp. 329–342.

[14] Heimbs S., Strobl F., Middendorf P., Guimard J. Composite crash absorber for aircraft fuselage applications. 11th International Conference on Structures under Shock and Impact, 27 July 2010, Tallinn, Estonia, 2010, no. 113, pp. 3–14.

[15] Хусаинов А.Ш., Кузьмин Ю.А. Пассивная безопасность автомобиля. Ульяновск, УлГТУ, 2011. 89 c.

[16] Kim J.S., Yoon H.J., Lee H.S., Kwon T.S. Energy absorption characterization of composite tubes for railway application. 17th International Conference on Composite Materials, ICCM-17, 27–31 July 2009, Edinburgh, United Kingdom, 2009, no. 85394.

[17] ГОСТ Р 41.94–99 (Правила ЕЭК ООН № 94) Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении защиты водителя и пассажиров в случае лобового столкновения. Москва, Изд-во Стандартов, 2007. 86 p.