基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法与流程

本发明涉及一种汽车零部件的成型方法，具体涉及一种基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法，属于汽车设计与制造。

背景技术：

1、汽车防撞梁是装在保险杠内侧的梁，主要用来在低速碰撞时吸收冲击力、保护水箱和车身纵梁。目前的防撞梁通常为全金属结构，但是，对于新能源车而言，轻量化是影响其性能的重要原因之一，因此在进行结构设计时，对某些零部件会采用复合材料制作，如复合材料防撞梁，现有申请号cn202511059574.0、名称为“一种热塑性复合材料防撞梁及其制备方法”的发明申请，先制作复合材料主梁和附属支架，然后将主梁与附属支架焊接或者用连接件连接；申请号cn202510710923.4、名称为“防撞梁及其制造方法和载具”的发明申请，先分别形成第一梁结构、第二梁结构和第三梁结构，然后将第一梁结构、第二梁结构和第三梁结构连接。上述方式都是先形成多个独立部件，然后将多个独立部件通过外部连接结构或方式结合成整体，整体性能无法得到有效保证。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提出了一种基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法，成型的汽车防撞梁同时满足轻量化、高刚度、高能量吸收及多功能集成要求。

2、本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法，包括以下步骤：

3、s1,在限定的空间大小内创建末端延伸至限定空间边缘处的三维点阵构型，并建立各构型及其对应的性能参数的数据库；

4、s2，根据防撞梁的性能需求，将防撞梁沿长度方向划分为多个功能区域，并根据不同区域的性能分别从s1中选取符合要求的三维点阵构型填充至各区域内，且填满各区域空间，形成防撞梁的三维模型并输出；

5、s3，根据s2中输出的三维模型，加工出各区域所需要的三维点阵构型的预成型体，在预成型体内放置金属嵌件，在预成型体外包覆蒙皮，共固化成防撞梁。

6、进一步地，s1中，限定的空间大小为10mm×10mm×10mm。

7、进一步地，s1中，在创建三维点阵构型时，先为各构型选取单元尺寸。

8、进一步地，s1中，单元尺寸包括杆状单元的外径、板状单元的厚度。

9、进一步地，s1中，构型包括bcc、bcc-z、fcc、pyramid、octet结构，其中bcc为立方体中心与八个角点连接的体心立方结构，bcc-z为在bcc基础上增加z向垂直杆的z向增强体心立方结构，fcc为六个面心与相邻角点连接的面心立方结构，pyramid为四棱锥单元周期排列的金字塔型结构，octet为bcc与fcc复合的八面体四面体结构。

10、进一步地，s1中，采用有限元分析方法，对每个三维点阵构型施加标准边界条件，计算相应的性能参数；或者采用实际加工并实验的方式，得出各性能参数。

11、进一步地，施加的标准边界条件为：固定三维点阵构型的下表面，在上表面施加载荷，使三维点阵构型产生1%应变。

12、进一步地，得出的性能参数包括：相对密度、等效弹性模量、等效屈服强度、吸能特性、适用场景。

13、进一步地，s2中，将防撞梁沿长度方向划分为三个功能区域，五个部分，一个a1区，两个a2区和两个a3区。

14、进一步地，a1区位于防撞梁中部，为中央吸能区，占全长40%；a3区位于防撞梁两端，为端部安装区，各占全长10%；a2区位于中央吸能区与端部安装区之间，为过渡区，各占全长20%。

15、进一步地，s2中，三维点阵构型填满各区域的具体方式为：首先，根据每个区域的边界尺寸（xmin，xmax，ymin，ymax，zmin，zmax）与选定构型的边长的值，计算出每个区域的三维空间内各个方向所需的构型数量；然后，按计算出的数量将选定的构型填充至各相应区域，形成三维模型。

16、进一步地，s2中，在位于防撞梁用于连接的位置处的三维模型上设计出用于放置金属嵌件的预留位置。

17、进一步地，s3中，蒙皮选用碳纤维/环氧树脂预浸料。

18、进一步地，s3中，金属嵌件外表设计有锚固结构，且在金属嵌件放置到预留位置之前，先在金属嵌件外部涂胶；金属嵌件外部与其相邻位置处的蒙皮层数为其他位置的蒙皮层数的1.5倍至2.5倍。以加强金属嵌件处的连接强度。

19、进一步地，s3中，共固化时，包覆后的整体先采用真空袋进行密封，然后将密封后的整体放置在热压罐，抽真空后升温、加压保温固化，完成后降温泄压。

20、本发明的有益效果是：

21、本发明在进行汽车防撞梁设计时，效率大幅提升，且可根据输入的参数实时获得不同的点阵配置，实现刚度、吸能、轻量化目标的精确调控，且可根据性能需求配置不同的微观结构，并实现轻量化、高刚度、高吸能等多目标协同。

1.一种基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法，其特征在于：s1中，在创建三维点阵构型时，先为各构型选取单元尺寸，单元尺寸包括杆状单元的外径、板状单元的厚度。

3.如权利要求1所述的基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法，其特征在于：s1中，构型包括bcc、bcc-z、fcc、pyramid、octet结构，其中bcc为立方体中心与八个角点连接的体心立方结构，bcc-z为在bcc基础上增加z向垂直杆的z向增强体心立方结构，fcc为六个面心与相邻角点连接的面心立方结构，pyramid为四棱锥单元周期排列的金字塔型结构，octet为bcc与fcc复合的八面体四面体结构。

4.如权利要求1所述的基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法，其特征在于：s1中，采用有限元分析方法，对每个三维点阵构型施加标准边界条件，计算相应的性能参数；或者采用实际加工并实验的方式，得出各性能参数；

5.如权利要求4所述的基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法，其特征在于：性能参数包括：相对密度、等效弹性模量、等效屈服强度、吸能特性。

6.如权利要求1所述的基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法，其特征在于：s2中，将防撞梁沿长度方向划分为三个功能区域，五个部分，一个a1区，两个a2区和两个a3区；a1区位于防撞梁中部，为中央吸能区，占全长40%；a3区位于防撞梁两端，为端部安装区，各占全长10%；a2区位于中央吸能区与端部安装区之间，为过渡区，各占全长20%。

7.如权利要求1所述的基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法，其特征在于：s2中，三维点阵构型填满各区域的具体方式为：首先，根据每个区域的边界尺寸与选定构型的边长的值，计算出每个区域的三维空间内各个方向所需的构型数量；然后，按计算出的数量将选定的构型填充至各相应区域，形成三维模型。

8.如权利要求7所述的基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法，其特征在于：在位于防撞梁用于连接的位置处的三维模型上设计出用于放置金属嵌件的预留位置。

9.如权利要求8所述的基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法，其特征在于：s3中，金属嵌件外表设计有锚固结构，且在金属嵌件放置到预留位置之前，先在金属嵌件外部涂胶；金属嵌件外部与其相邻位置处的蒙皮层数为其他位置的蒙皮层数的1.5倍至2.5倍。

10.如权利要求1所述的基于三维点阵复合材料的汽车防撞梁成型方法，其特征在于：s3中，蒙皮选用碳纤维/环氧树脂预浸料；共固化时，包覆后的整体先采用真空袋进行密封，然后将密封后的整体放置在热压罐，抽真空后升温、加压保温固化，完成后降温泄压。