CN104502089A - 一种检测汽车零部件抗弯刚度及吸能特性的试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测汽车零部件抗弯刚度及吸能特性的试验方法及装置，其包括上端的锤头装置，B柱的夹具装置和底端的导轨装置，其特征在于：锤头装置包括锤头导轨(2)、锤头导轨T形槽(2-1)、第一螺栓(4)、上固定螺母(3)、下固定螺母(5)、锤头(6)和力传感器(14)；B柱的夹具装置包括支架(9)、连接柱(8)、定位销(7)；导轨装置包括地面导轨(10)、地面导轨凹形槽(10-1)、紧固螺母(11)、第二螺栓(12)；本发明所提供的B柱四点弯曲准静态试验装置，可以自由安装在压力机上，安装简单方便。其装置中B柱的夹具部分可以根据B柱的形状尺寸进行调整位置，具有很高的灵活性，可以根据B柱的空间位置，在导轨上进行自由移动。

Description

一种检测汽车零部件抗弯刚度及吸能特性的试验方法及装置

技术领域

本发明涉及一种检测汽车零部件抗弯刚度及吸能特性的试验方法和装置，尤其涉及一种检测汽车B柱弯曲刚度的四点弯曲准静态压溃试验方法及装置。

背景技术

在汽车发生侧面碰撞过程中，人体受到严重伤害甚至致命的主要部位为胸部、腹部和骨盆，所以侧面碰撞法规和标准规定的整车碰撞试验中多以假人的胸部、腹部和骨盆的伤害值进行评价。作为侧围结构的主要承力和吸能部件，位于前门和后门之间的B柱的主要作用是抵挡撞击物的侵入，保护乘员生存空间，其在碰撞过程中的侵入量和侵入速度则直接关系到整车的侧面耐撞性，合理的B柱变形应为反“S”形，因此B柱总成应当具有合理的弯曲刚度匹配。所以轿车侧面碰撞安全开发中B柱总成的耐撞性与轻量化设计非常关键，以往是根据整车碰撞试验和整车碰撞仿真结果对B柱结构做出改进和优化，但是上述方法往往分析规模大，开发周期长，耗费成本高。

而一般对汽车零部件进行抗弯刚度研究时，主要通过准静态三点弯和四点弯试验来进行。通过准静态的四点弯试验，可以测量汽车零部件的抗弯刚度及吸能特性。然而传统的四点弯实验装置工况单一，锤头与压力机的相对位置不能改变，压溃时和试件接触的位置是固定的，不能自由调整压溃时的位置以及压溃点的数量。如专利201310628794.1中所描述的一种静动态四点弯实验装置，其不能自由地调整压溃点的位置和数量。又如专利201310629409.5中四点弯曲试验夹具，其不能自由的改变压辊的位置和数量，只能在固定的位置进行移动。而对于B柱总成这种表面有一定曲面弧度的零部件，应当采用一种灵活可控的结构来调节两锤头对B柱表面压溃点的相对高度及相对位置，以满足初始实验条件，同时在一定程度上也可以再现B柱在侧面碰撞中的真实受力模式，从而快速、多工况地检测B柱总成的弯曲强度和刚度匹配。

因此有必要提出一种专门的B柱准静态弯曲压溃试验方法和装置，以便降低成本、快速化地对B柱性能进行验证及后续优化设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测汽车零部件抗弯刚度及吸能特性的试验方法和装置，尤其涉及一种检测汽车B柱弯曲刚度的四点弯曲准静态试验方法及装置，可以自由安装在压力机上，对B柱总成进行准静态四点弯曲及三点弯曲试验，可以更好地根据B柱在侧面受压时受到的真实受力和变形模式来进行实验和分析，可以根据B柱的形状和试验具体要求来调整实验装置的位置，并且可以通过该实验装置进行B柱耐撞性能的低成本和高效验证以及后续的优化和设计。

本发明提供一种检测汽车零部件抗弯刚度及吸能特性的试验方法及装置，其包括上端的锤头装置，B柱的夹具装置和底端的导轨装置，其特征在于：

锤头装置包括锤头导轨、锤头导轨T形槽、螺栓、上固定螺母、下固定螺母、锤头和力传感器；

B柱的夹具装置包括支架、连接柱、定位销；

导轨装置包括地面导轨、地面导轨凹形槽、紧固螺母、螺栓；

锤头导轨通过连接螺栓和压力机连接，在锤头导轨设有一T形槽，用于螺栓在T形槽中进行移动并控制锤头的位置；根据实验要求调整好锤头高度之后，对上固定螺母和下固定螺母进行旋转，产生一定的预紧力，使锤头相对于螺栓固定；

B柱的夹具装置设置在地面导轨的左右两端，支架具有一凹槽，用以安放连接柱，B柱则通过焊接和连接柱相连；连接柱上面有定位销，定位销通过支架凹槽两侧的通孔插入，对连接柱进行限位约束，使其在进行B柱碰撞试验时不能向上运动。

支架安放在地面导轨上，通过地面导轨的凹形槽中的螺栓进行连接，

地面导轨可以通过螺栓固定在地面上。地面导轨上有两个凹形槽，每个凹形槽中有两个螺栓，螺栓下端可以自由地在地面导轨的凹形槽中滑动，上端则插入支架凹槽的通孔中，由螺母拧紧后，使螺栓和支架相连接，并且可以约束螺栓的滑动，起到限位和固定的作用。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明所提供的B柱四点弯曲准静态试验装置，可以自由安装在压力机上，安装简单方便。其装置中B柱的夹具部分可以根据B柱的形状尺寸进行调整位置，具有很高的灵活性，可以根据B柱的空间位置，在导轨上进行自由移动。

(2)本发明所提供的B柱四点弯曲准静态试验装置，其B柱通过焊接与固定柱 相连接，然后固定柱与夹具相连接，使B柱的四点弯曲试验更加符合实际情况，更好地反映出B柱的抗弯吸能特性。

(3)本发明所提供的B柱四点弯曲准静态试验装置，其两个锤头部分，可以根据B柱的几何形状，来调整高度，使锤头在对B柱开始进行压溃时更加贴近B柱的形状，使实验更加符合真实情况、更加准确。可以根据实验的要求来调整两个锤头之间的距离。可以拆卸锤头，只保留一个锤头来进行B柱的三点弯曲准静态压溃试验。

(4)本发明所提供的B柱四点弯曲准静态试验装置，其数据采集通过安装在螺栓柱上的两个力传感器来获取压溃过程中两个独立的锤头上的载荷和位移的曲线。整个采集方法简单易行，能快速准确的得到压溃过程中各点的真实受力情况和变形模式。

附图说明

图1所示为B柱四点弯准静态试验机整体示意图；

图2所示为B柱四点弯原理图

图3所示为试验机锤头部分主视图和左视图；

图4所示为试验机B柱夹具部分和地面导轨组合示意图；

图5所示为试验机B柱夹具三视图；

图6所示为试验地面导轨三视图；

其中：1-连接螺栓，2-锤头导轨，2-1锤头导轨T形槽，3-上固定螺母，4-第一螺栓，5-下固定螺母，6-锤头，7-限位销钉，8-连接柱，9-支架，10-地面导轨，10-1地面导轨凹形槽，11-紧固螺栓，12-第二螺栓，13-B柱，14-力传感器。 

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行进一步说明和描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护范围。

本发明所提供的B柱准静态四点弯试验装置，不仅仅用于B柱的抗弯刚度及性能特性的准静态四点弯实验，也可以用于车身其他零部件的抗弯刚度及性能特性分析。下面将就B柱为试验试件进行本实施例的说明。

如图1所示，本发明实施例中提供的B柱四点弯准静态试验机整体示意图，由三部分组成，分别是：上端的锤头装置，B柱的夹具装置，底端的导轨装置。如图2、3所示，锤头装置由以下组成：锤头导轨2、锤头导轨T形槽2-1、第一螺栓4、上固定螺母3、下固定螺母5、锤头6、力传感器14。

如图4和图5所示，B柱夹具装置由以下组成：支架9、连接柱8、定位销7。

如图6所示，导轨装置由以下组成：地面导轨10、地面导轨凹形槽10-1、紧固螺母11、第二螺栓12。

图2所示为B柱四点弯原理图。压力机通过锤头6将载荷作用于B柱待测点，由于曲面及待测点位置的变化，导致两待测点处的受力情况不一致，通过加装在螺栓柱上的力传感器14测出两点处的作用力，结合压力机上的位移时间曲线即可得到两个待测点处的载荷位移曲线。

具体的，如图3所示，锤头导轨2通过连接螺栓1可以和压力机以及压力机自由连接。在锤头导轨2内有一T形槽2-1，用于第一螺栓4在T形槽2-1中进行移动，第一螺栓4头部是圆形，便于在T形槽2-1中旋转，且通过该螺栓的移动，可以控制锤头6的位置。第一螺栓4和锤头6通过锤头内的螺纹孔相连接，在螺栓上有上下两个固定螺母。

如图3所示，由于第一螺栓4呈梯形状,且上端是圆形，可以在锤头导轨2中进行自由旋转，在对锤头6高度进行调整时，保持锤头6位置不变，通过旋转第一螺栓4，控制锤头6的上升和下降。根据实验要求调整好锤头6高度之后，对下固定螺母5进行旋转，产生一定的预紧力，使锤头6相对于第一螺栓4更加固定。根据试验时B柱13的大小和撞击的位置，锤头6的位置需要进行调整。通过对第一螺栓4在锤头导轨2的T形槽2-1中的滑动，来进行锤头6位置的控制。在确定合适的锤头6位置后，通过旋转螺栓上的上固定螺母3，拧紧上固定螺母3，使其对锤头导轨2产生足够的预紧力，限制第一螺栓4在锤头导轨2中进行移动，并使其固定。由于第一螺栓4与锤头相连接，进而通过调节第一螺栓4的位置来控制锤头6对B柱13试件撞击时的位置。如图3所示，根据试验要求，可以通过锤头6的安装与拆卸来完成锤头数量的改变，对B柱13进行四点弯压溃试验或三点弯压溃试验。

具体的，如图4、图5所示，在地面导轨10上左右两端各有一个B柱13的夹具装置。其中，支架9有一凹槽，用以安放连接柱8，B柱13则通过焊接和连接柱8 相连。支架9安放在地面导轨10上，通过地面导轨10的凹形槽10-1中的第二螺栓12进行连接，具体的如图3和图5所示。B柱13与连接柱8进行连接后，连接柱8放置于支架9的凹槽中。连接柱8上面有定位销7，定位销7通过支架9凹槽两侧的通孔插入，对连接柱8进行限位约束，使其在进行B柱碰撞试验时不能向上运动。支架9的凹槽下端有四个通孔，用于地面导轨凹形槽10-1中第二螺栓12的连接。

具体的，如图4、6所示，地面导轨11可以通过螺栓固定在地面上。地面导轨11上有两个凹形槽10-1，每个凹形槽10-1中有两个对称布置的螺栓，如图所示第二螺栓12，第二螺栓12下端可以自由地在地面导轨11的凹形槽10-1中滑动，上端则插入支架10凹槽的通孔中，由紧固螺母11拧紧后，使第二螺栓12和支架10相连接，并且可以约束第二螺栓12的滑动，起到限位和固定的作用。由于B柱13的大小和形状不同，则进行试验时需要根据实验要求来调整夹具的位置。通过地面导轨10中的第二螺栓12的滑动，可以控制第二螺栓12的位置，进而可以改变B柱13夹具的位置。

用上述B柱四点弯准静态压溃试验装置进行压溃试验时，其过程包括以下步骤：

步骤1、将锤头装置通过连接螺栓1和压力机相连接。

步骤2、将实验所用B柱13的两端分别和连接柱8通过焊接相连接。

步骤3、分别将已经和B柱13相连的两个连接柱8放置于支架9凹槽中。

步骤4、将定位销7贯穿支架9凹槽两侧之间的通孔，限制连接柱8的向上移动，起到限位固定作用。

步骤5、根据B柱13的长度以及空间位置，调整夹具在地面导轨10上的位置。首先，使地面导轨10上的第二螺栓12处于松弛状态；其次，根据实验要求使第二螺栓12在地面导轨10的凹形槽10-1中进行滑动，直至合适位置；最后，旋转第二螺栓12上的紧固螺母11，产生足够的预紧力，使支架9和螺栓12以及地面导轨10紧密接触固定，不能滑动。

步骤6、移动压力机，使其下降到锤头6可以与B柱13相接处。由于B柱13不是规则形状，需要调整两个锤头6的高度，使其保证在撞击时可以分别和B柱13表面同时接触。首先，使下固定螺母5处于松弛状态，保持锤头6位置正确且不变，通过旋转螺栓4，使锤头6位置上下移动，直至正确接触B柱13表面。然后保持B柱13位置不动，旋转下固定螺母5，使其和锤头6完全拧紧。

步骤7、根据实验对B柱13侧面压溃点位置要求的不同，需要调整锤头13在锤头导轨2中的位置。首先，使上固定螺母3处于松弛状态；根据实验要求在锤头导轨2中滑动螺栓4，来调整锤头6的空间位置；最后，在滑移至合适位置后，旋转上固定螺母3，产生足够的预紧力，使螺栓4和锤头导轨2之间无相对滑动，完全固定。

步骤8、在调整好锤头6以及夹具位置后，在螺栓4安装好力传感器，并与计算机连接以测量应力。

步骤9、进行对B柱的四点弯压溃试验直至侵入量达到预定值。

步骤10、试验完成后根据力传感器及压力机的试验数据获得两个待测点处的载荷位移曲线。

本实施例中，锤头部分可以通过螺栓与螺纹孔连接的方式自由安装在压力机上，可以B柱的形状来调节两个锤头的高度，使其在碰撞时可以保证两个锤头同时和B柱相接触，具有很高的灵活性和自由度。根据B柱长度的不同，可以对B柱两端的夹具位置进行调节。根据实验对B柱压溃位置的不同，可以自由调节两个锤头之间的位置，灵活度高。

试验数据的获取借助两个力传感器来实现，数据的可靠性及精度较高，且数据处理方便。

装置本身具有很高的灵活性，两个锤头可以自由装卸，通过改变锤头的数量，可以实现对B柱的三点弯准静态压溃试验以及四点弯准静态压溃试验。本发明装置不仅限于对B柱的三点弯和四点弯试验，可以应用于其他车身结构以及新材料和新结构的准静态力学性能测试。

以上实施例只是本发明一部分，本发明不限于上述实施方式，任何熟悉本专业的技术人员基于本发明技术方案对上述实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，都落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种检测汽车零部件抗弯刚度及吸能特性的试验装置，其包括上端的锤头装置，B柱的夹具装置和底端的导轨装置，其特征在于：

锤头装置包括锤头导轨(2)、锤头导轨T形槽(2-1)、第一螺栓(4)、上固定螺母(3)、下固定螺母(5)、锤头(6)和力传感器(14)；

B柱的夹具装置包括支架(9)、连接柱(8)、定位销(7)；

导轨装置包括地面导轨(10)、地面导轨凹形槽(10-1)、紧固螺母(11)、第二螺栓(12)；

锤头导轨(2)通过连接螺栓(1)和压力机连接，在锤头导轨(2)设有一T形槽(2-1)，用于第一螺栓(4)在锤头导轨T形槽(2-1)中进行移动并控制锤头(6)的位置；根据实验要求调整好锤头(6)高度之后，对上固定螺母(3)和下固定螺母(5)进行旋转，产生一定的预紧力，使锤头(6)相对于第一螺栓(4)固定；

B柱(13)的夹具装置设置在地面导轨(10)的左右两端，支架(9)具有一凹槽，用以安放连接柱(8)，B柱(13)则通过焊接和连接柱(8)相连；连接柱(8)上面有定位销(7)，定位销(7)通过支架(9)凹槽两侧的通孔插入，对连接柱(8)进行限位约束，使其在进行B柱(13)碰撞试验时不能向上运动；

支架(9)安放在地面导轨(10)上，通过地面导轨凹形槽(10-1)中的第二螺栓(12)进行连接；

地面导轨(11)通过螺栓固定在地面上；地面导轨(11)上有两个地面导轨凹形槽(10-1)，每个地面导轨凹形槽(10-1)中有两个第二螺栓(12)，第二螺栓(12)下端能够自由地在地面导轨凹形槽(10-1)中滑动，上端则插入支架(9)凹槽的通孔中，由螺母拧紧后，使第二螺栓(12)和支架(9)相连接，并且能够约束第二螺栓(12)的滑动，起到限位和固定的作用。

2.根据权利要求1所述的检测汽车零部件抗弯刚度及吸能特性的试验装置，其特征在于：压力机通过锤头(6)将载荷作用于B柱待测点，并通过加装在螺栓柱上的力传感器(14)测出测量点的作用力，结合压力机上的位移时间曲线即得到两个待测点处的载荷位移曲线。

3.根据权利要求1所述的检测汽车零部件抗弯刚度及吸能特性的试验装置，其特征在于：B柱(13)与连接柱(8)进行连接后，连接柱(8)放置于支架(9)的凹槽中；夹具装置的支架(9)的凹槽下端有四个通孔，用于地面导轨凹形槽(10-1)中第二螺栓(12)的连接。

4.根据权利要求1所述的检测汽车零部件抗弯刚度及吸能特性的试验装置，其特征在于：通过地面导轨(11)中的第二螺栓(12)的滑动，控制第二螺栓(12)的位置，进而改变B柱(13)夹具的位置。

5.利用权利要求1所述的检测汽车零部件抗弯刚度及吸能特性的试验装置进行压溃试验的方法，其过程包括以下步骤：

步骤1、将锤头装置通过连接螺栓(1)和压力机相连接；

步骤2、将实验所用B柱(13)的两端分别和连接柱(8)通过焊接相连接；

步骤3、分别将已经和B柱(13)相连的两个连接柱(8)放置于支架(9)凹槽中；

步骤4、将定位销(7)贯穿支架(9)凹槽两侧之间的通孔，限制连接柱(8)的向上移动；

步骤5、根据B柱(13)的长度以及空间位置，调整夹具在地面导轨(10)上的位置；

步骤6、移动压力机，使压力机下降到锤头(6)可与B柱(13)相接处；调整两个锤头(6)的高度，使两个锤头(6)保证在撞击时能够和B柱(13)表面同时接触；

步骤7、根据实验对B柱(13)侧面压溃点位置要求的不同，需要调整锤头(13)在锤头导轨(2)中的位置；

步骤8、在调整好锤头(6)以及夹具位置后，在第一螺栓(4)上安装好力传感器，并与计算机连接以测量应力；

步骤9、对B柱施加压力，直至侵入量达到预定值；

步骤10、试验完成后根据力传感器及压力机的试验数据获得两个待测点处的载荷位移曲线。

6.根据权利要求5所述的压溃试验的方法，其特征在于，步骤5通过以下步骤来实现：

首先，使地面导轨(10)上的第二螺栓(12)处于松弛状态；

其次，根据实验要求使第二螺栓(12)在地面导轨(10)的凹形槽(10-1)中进行滑动，直至合适位置；

最后，旋转第二螺栓(12)上的紧固螺母(11)，产生足够的预紧力，使支架(9)和第二螺栓(12)以及地面导轨(10)紧密接触固定，不能滑动。

7.根据权利要求5所述的压溃试验的方法，其特征在于，步骤6通过以下步骤来实现：

首先，使下固定螺母(5)处于松弛状态，保持锤头(6)位置正确且不变，通过旋转螺(4)，使锤头(6)位置上下移动，直至正确接触B柱(13)表面；

然后，保持B柱(13)位置不动，旋转下固定螺母(5)，使其和锤头(6)完全拧紧。

8.根据权利要求5所述的压溃试验的方法，其特征在于，步骤7通过以下步骤来实现：

首先，使上固定螺母(3)处于松弛状态；

然后，根据实验要求在锤头导轨(2)中滑动第一螺栓(4)，来调整锤头(6)的空间位置；

最后，在滑移至合适位置后，旋转上固定螺母(3)，产生足够的预紧力，使第一螺栓(4)和锤头导轨(2)之间完全固定。