摘要：随着国家对节能减排要求的进一步提高，汽车零部件薄壁化设计是汽车轻量化发展的重要方向之一。特别是互联网以及移动互联网向汽车后市场加速渗透，汽车后市场保险杠材料呈现明显的薄壁化趋势。基于此，本文就汽车后市场保险杠材料的薄壁化从材料特性、力学性能、模流分析、模态分析等几个方面进行了详细分析，并就保险杠薄壁化带来的问题及解决措施进行了详细阐述。
关键词：汽车；保险杠材料；薄壁化；性能分析
0.前言
由于环保和节能的需要，当前汽车轻量化已经成为世界汽车行业发展的潮流。轻量化是汽车节能、提高性能与续航能力有效措施之一。除了车身的轻量化，汽车保险杠的发展亦是紧紧围绕着轻量化而不断突破和进步的。保险杠轻量化包括零部件结构设计轻量化和材料轻量化两方面。零部件结构轻量化，通过改进零部件结构设计，比如保险杠薄壁化改进零部件结构方式实现轻量化。薄壁化保险杠对材料的性能要求是材料性能要求“三高三低”，即高冲击性
、高流动性、高刚性和低收缩率、低膨胀系数、低VOC（材料及油漆中挥发性有机化合物）。目前乘用车保险杠一般采用聚丙烯（PP)或改性PP。传统保险杠设计厚度2.8-3.0mm，本文阐述的薄壁化保险杠设计厚度是2.3mm，并从材料特性、力学性能、模流分析、模态分析四个方面浅谈保险杠薄壁化。
1.薄壁化保险杠特性分析
1.1材料特性
薄壁化保险杠材料与传统的保险杠用改性PP相比，薄壁化材料有高流动性、高模量、高韧性的特点，具体见表1所示。
表1 传统材料与薄壁化材料性能对比
PP+EPDM+T15 | ||||
材料类型 | 常规零件用材料 | 薄壁化材料 | 标致3008 汽车之家---- | |
密度g/cm3 | 1.06 | → | 1.06 | 密度不变 |
MFR g/10min | 20 | 35 | 高流动性 | |
拉伸强度 MPa | 18 | 20 | 高强度 | |
弯曲模量 MPa | 1500 | 1900国5标准 | 高模量 | |
23℃缺口冲击强度 KJ/m2 | 35-40 | 30-35 | 冲击略降 | |
（1）高流动性
壁厚减薄，熔体充模受到更大的阻力，熔体冷却速度加快导致充模不足，即相同材料注满薄壁型腔需要更大的压力，因此需要提高材料的流动性。
（2）高模量
壁厚减薄，导致刚度下降，要保证产品的刚度不下降，必须通过提高材料的弯曲模量来弥补产品的刚度不足。
（3）高韧性
无论是传统保险杠还是薄壁化保险杠都要求材料具有高韧性，传统的保险杠材料冲击强度一般在35kJ／ml以上，薄壁化材料冲击强度有所下降，但通常在30kJ／ml以上。
1.2力学性能
保险杠属于被动安全件，是汽车安全防护的装置之一。在汽车与行人发生事故时，保险杠要起到一定的保护行人的作用。同时保险杠作为一个重要承载的结构部件，应该具有一定
的刚度要求。各品牌汽车设计技术标准对表面刚度的要求各不相同，但刚度性能方面都有具体的测试方法及指标要求。以传统材料设计为基础模型，使用薄壁化材料进行验算，按照主机厂的标准，模拟某车型保险杠静态受力条件下刚度测试（表2）。
表2 传统材料和薄壁化材科刚度分析
项目 | 分析位置 | 传统材料厚(2.8mm) | 薄壁化材料(2.3mm) | 刚度性能变化(2.3相对2.8） |
1 | 加载区域1 | 强度：15．035MPa 刚度：0．646mm | 强度：15.169MP 刚度：0.602mm | <20MPa +6.8％ |
2 | 加载区域2 | 强度：9.698MPa 强度：12.459MPa | 刚度：2．77mm 刚度：2．636mm | <20MPa +4.8％ |
3 | 加载区域3 | 强度：18.607MPa 刚度：6.449mm | 强度：18.752MPa 刚度：6.31mm | <20MPa +2.1％ |
4 | 加载区域4 | 强度：15.396MPa 刚度：5.143mm | 强度：17.616MPa 刚度：4.635mm | <20MPa +9.8％ |
5 | 加载区域5 | 强度：9．883MPa 刚度：3．856mm | 强度：12．422MPa 刚度：3.841mm | <20MPa +0.3％ |
6 | 加载区域6 | 强度：4．308MPa 刚度：1．228mm | 强度：5．837MPa 刚度：1.318mm | <20MPa -7.3％ |
7 | 加载区域7 | 强度：13．776MPa 刚度：3.998mm奔驰s级多少钱 | 强度：15．675MPa 刚度：3.565mm | <20MPa +10.8％ |
8 | 加载区域8 | 强度：4.847MPa 刚度：1.105mm | 强度：6.397MPa 刚度：1.158mm | <20MPa -4.7％ |
9 | 加载区域9 | 强度：8.301 MPa 刚度：4.547mm | 强度：11．484MPa 刚度：4.982mm | <20MPa -9.5％ |
10 | 加载区域10 | 强度：8.847MPa 刚度：7.551mm | 强度：11．312MPa 刚度：7.565mm | <20MPa -0.1％ |
11 | 加载区域11 | 强度：10.685MPa 刚度：4.53mm | 强度：12．893MPa 刚度：4.002mm | <20MPa 汽车保险计算方法+11.6％ |
12 | 菲亚特集团加载区域12 | 强度：12.17MPa 刚度：8.84mm | 强度：17.21MPa 刚度：9.268mm | <20MPa -4.8％ |
13 | 加载区域13 | 强度：18.566MPa 刚度：5.537mm | 强度：19．206MPa刚度：6.271mm | <20MPa -13.3％ |
表2中测量点分别是保险杠表面从左到右的13个区域点，数据是从传统材料模型和薄壁化材料模型分析得到的。在相同工况条件下，保险杠壁厚为2.3mm时，13个加载区域的应力值相对2.8mm的壁厚都有所增加，但薄壁化材料的拉伸强度能满足要求。而对于其刚度，在相同条件下，2.3mm壁厚，分析所选13个区域中，区域1，2，3，4，5，7，11，其刚度性能相对2.8mm壁厚有所增加；而区域6，8，9，10，12，13性能有所减弱，特别是区域9，13，减弱较大，但均满足要求。
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