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扭转刚度重要还是A柱强度重要?
2024-12-23 15:58:00  来源:中国质量新闻网  
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新车发布会上,厂家往往展示车辆参数,其中包含整车扭转刚度、车身高强度钢材的使用比例,甚至A柱钢材的强度等数据,都关乎车辆性能及安全。刚度和强度到底是什么意思?对车辆性能有什么影响?

强度——Strength

强度是指表示工程材料抵抗断裂和过度变形的力学性能之一。按外力作用的性质不同,强度主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。在汽车安全领域,主要涉及屈服强度和抗拉强度,单位用帕斯卡(Pa)或兆帕斯卡(MPa)表示。

屈服强度是指金属材料发生屈服现象时的屈服极限,即抵抗微量塑性变形的应力。变形分为两类,一类是可复原的变形,称为弹性变形,另外一类是不可自行恢复的变形,指的就是塑性变形。

当钢材在大于屈服强度的外力作用下,将会使零件永久失效,无法恢复。用通俗的话说,弯了,叫塑性变形。

再说抗拉强度,其是金属由均匀塑性形变向局部集中塑性变形过渡的临界值,也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力,它反映了材料的断裂抗力。

刚度——Stiffness

刚度也称刚性,是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。刚度大小取决于零件的几何形状和材料种类(即材料的弹性模量)。刚度要求对于某些弹性变形量超过一定数值后,会影响机器工作质量的零件尤为重要,如机床的主轴、导轨、丝杠等。

刚度又分为静刚度和动刚度,当结构或材料受到静载荷时,抵抗静载荷下的变形能力称为静刚度;当受到动载荷时,抵抗动载荷下的变形能力称为动刚度。刚度分析的意义在于控制结构变形,防止发生振动、颤振或失稳。

在汽车宣发领域,刚度多指白车身(bodyinwhite)的扭转刚度以及弯曲刚度,单位一般用Nm/deg来表示。

强度/刚度越高,有什么好处?

一般来说,强度更关乎车辆的安全,强度越高,车身抵抗外力破坏的能力越强,比如碰撞时车身不容易发生大的变形损坏。然而车身安全性是一个复杂的系统工程,与车辆的结构、材质的强度等多个维度相关,零件强度是一方面,单一零件强度高并不意味着车辆的安全性能就好。

汽车车身刚性指车身抵抗变形的能力。它和车身结构、制造工艺有关。相比强度来说,车身刚性能带来的好处很不直观,它不像发动机的马力或者扭矩能通过配置表直观了解到。

不少人存在一个误区——碰撞测试的好坏,约等于车身刚性的好坏。

事实上,车身刚性的衡量指标绝非通过一次或者几次碰撞测试就可以论证。在大部分的碰撞测试中,主观看到如车头、车尾的变形,都是预先设置好的溃缩区,不能完全解释车的刚性好坏。

真正的车身刚性,是指一辆车抵抗变形的能力,它不仅涉及碰撞性能、抵抗变形性能,还涉及车辆的操控、NVH等多个方面。

简单来说,车身刚性分为两大块,一是扭转刚度,二是弯曲刚度。扭转刚度通过在前悬上施加作用力,考察地面应激对整车刚度的影响;弯曲刚度则是在前排座椅安装点上施加作用力,考察乘员舱内应激对整车的影响。

举例来说,在越野圈中的交叉轴,考验的就是车身的刚性。当车辆底盘不处于同一个水平面上,斜坡车辆施加一个外部的力量,让重心落在前轴单个车轮上,扭转刚度指的就是这种变化。

如果觉得烧脑,那么简单记住,越不容易变形,刚性就越高。对汽车来说,车身刚性越高,车辆性能也相对更好。

车身刚性有什么好处?

操控性。在激烈驾驶时,刚性更好的车身能给予轮胎和悬架系统更强的支撑力,从而使车身姿态更加稳定,有利于驾驶员更好地掌控车辆,车身受力的极限决定了过弯速度的上限。

上图中A字型的车辆前避震顶端拉杆(tower bar),主要用于提升车轮减振器安装点的动刚度。

在越野时,刚性较弱的车身更容易出现车身变形和扭曲,会导致车门无法关闭的情况,可靠性更好。

舒适性(NVH)。刚性更好的车身在遇到路面颠簸时,可有效减少了车身结构共振,同时,由于车身变形量更小,内饰出现异响的情况也大有改观。

简单来说,足够好的车身刚性是一辆车操稳性的根本,但车身刚性较差,那么这辆车的操稳性大概率比较低。

车身刚性由材料、结构、工艺共同决定。高强度材料能有效提高车身刚性。如屈服强度超过1000Mpa的高强度钢、硼钢、铝合金、碳纤维等材料。

除材料外,结构设计和焊接工艺也至关重要。简单说,材料不够,结构来凑,或者说截面面积才是王道。

一辆车的白车身由前后地板及ABCD柱组成,包括ABCD柱在内、前舱、尾箱还有多个环状结构,这些环状组成多个横向封闭空腔是车身刚度的主要构件。空腔面积越大,刚度越大,比单纯增加材料厚度更有效率,但又与车内空间相矛盾。

举一个简单的例子,一本书拿起来很软,但把书卷起来后形成一个圆柱形结构时,就变得非常结实稳固。这就是结构带来的刚度变化。(朋月)

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责编:庄园
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