Los altos requisitos de las personas para la comodidad de los viajes en coche y la seguridad de las colisiones promueven el desarrollo de vehículos de combustible tradicionales para ser más fuertes y pesados, dando como resultado un mayor consumo de energía y emisiones de escape [1], lo que viola los requisitos de la conservación de energía y la reducción de emisiones. El diseño ligero de la carrocería del automóvil no solo es una medida eficaz para ampliar el rango de conducción, sino que también puede mejorar la estabilidad de manejo y la comodidad de conducción de todo el vehículo.
Los medios ligeros incluyen principalmente el diseño estructural ligero y la aplicación de nuevos materiales y nuevas tecnologías. Entre ellos, la aplicación de nuevos materiales es el medio más directo y eficiente. La densidad de la aleación de aluminio es 1/3 de la del acero, su rendimiento de absorción de energía es 2 veces mayor que la del acero, y es relativamente resistente a la corrosión [2]. Cuando se selecciona la aleación de aluminio para hacer piezas estructurales de la carrocería, como la viga longitudinal trasera de la carrocería en lugar de su estructura de acero tradicional, no solo puede reducir la calidad de la carrocería, sino también asegurar la rigidez del nodo de la carrocería, cumplir los requisitos de prevención de colisiones, y mejorar la seguridad de colisión de todo el vehículo.
El haz longitudinal trasero de la carrocería es la parte principal del coche que soporta la carga y absorbe la energía en caso de colisión trasera. El cuerpo de acero tradicional se forma generalmente por el estampado de la placa de acero de alta resistencia, pero la deformación seria del haz longitudinal en la condición de colisión trasera llevará a los daños del depósito de combustible y a la fuga de combustible. En los vehículos eléctricos, la batería se apretará y deformará, y la batería se dañará. Wang Li et al [3] se han añadido placas de refuerzo a la zona débil del haz longitudinal trasero, se han añadido nervios de debilitamiento a la cola del haz longitudinal, se han utilizado soportes de montaje más fuertes y se han ajustado juntas de soldadura para optimizar el conjunto del haz longitudinal trasero y mejorar sus características de absorción de energía de impacto. Yang Jikuang et al [4] se utilizó el método de diseño experimental ortogonal y el método de equilibrado integral para optimizar el grosor de la placa y los parámetros de material del haz longitudinal trasero y del parachoques trasero. Sun Xilong et al [5] ha optimizado el haz longitudinal trasero ampliando la longitud del haz longitudinal trasero, aumentando el número de ranuras de guía y juntas de soldadura, y mejorado el rendimiento de la colisión trasera. Aunque el método anterior mejora en el rendimiento del choque trasero, aumenta la masa del vehículo y no favorece el peso ligero de la carrocería. Xu Xin et al [6] y Yang Zhiqiang et al [7] se aplicó la estructura de la placa soldada por láser al haz longitudinal trasero, que tiene una mejor resistencia a la colisión y un efecto ligero obvio en comparación con el esquema de la estructura de regazo soldada por puntos. Kim et al [8] se analizó el grado de absorción de energía y el mecanismo de fallo de los haces longitudinales bajo diferentes cargas mediante modelado paramétrico. El haz longitudinal trasero de aleación de aluminio de fundición a alta presión al vacío tiene un gran espacio de diseño y libertad de diseño, y puede utilizarse para mejorar su rendimiento de impacto y su efecto ligero. Además, la tecnología de moldeado integrado de fundición de alta presión sustituye a la tradicional estructura de soldadura de varios aceros, integra múltiples puntos de instalación en un solo cuerpo y realiza modularidad, lo que favorece la mejora de la rigidez del cuerpo.
En este trabajo, el diseño ligero de la viga longitudinal trasera de aleación de aluminio de fundición a alta presión de vacío de un vehículo eléctrico se describe en cuatro aspectos: Selección de materiales, diseño de estructuras, diseño de procesos y análisis de rendimiento de productos.
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