基于显式动态有限元分析的电动汽车车架正面碰撞材料性能优化研究

本研究通过显式动态有限元分析(Explicit Dynamic FEA)方法，对比研究了ASTM A36碳钢和Al-7075T6高强铝合金在电动汽车车架正面碰撞中的性能差异。研究团队使用ANSYS软件模拟40/64/80 km/h三种碰撞工况，发现Al-7075T6具有更低的应力值(最高仅2756 MPa)和更高的安全系数(1.62)，在保证安全性的同时实现轻量化，为电动汽车结构设计提供了重要参考。

　　

随着全球环保意识提升，电动汽车在印尼等新兴市场快速普及，2024年前8个月销量同比增长177%。然而在追求轻量化的同时，如何确保碰撞安全性成为关键难题。传统钢材虽强度可靠但重量大，而铝合金等轻质材料的碰撞性能尚缺乏系统研究。这项发表在《Results in Engineering》的研究，通过先进的计算机模拟技术，为电动汽车"减肥"与"保命"的平衡问题提供了科学答案。

研究团队采用三大关键技术：1) SolidWorks建立三维车架模型(3491×1400×1331 mm)；2) ANSYS显式动态有限元分析模拟NHTSA标准碰撞工况；3) 网格独立性验证确保结果可靠性。通过对比ASTM A36碳钢和Al-7075T6铝合金在40/64/80 km/h碰撞中的表现，揭示了材料选择的优化方向。

在"正面碰撞测试模拟"部分，研究发现两种材料的变形量相近(80 km/h时均为54 mm左右)，但应力分布差异显著。ASTM A36在80 km/h碰撞时最大应力达7254.7 MPa，是Al-7075T6(2756 MPa)的2.6倍。"材料应力比较"显示，铝合金的应力值随速度增长更平缓，在高速碰撞中优势更明显。关键的"材料安全系数"分析表明，Al-7075T6在40 km/h时安全系数达1.62，远高于ASTM A36的0.323，这种优势在高速碰撞中依然保持。

通过"目标点定位"技术，研究人员精确捕捉到车架关键部位的力学响应。在三个典型位置，Al-7075T6的应力值仅为碳钢的30-40%，安全系数则高出3-5倍。特别值得注意的是，铝合金在保持结构完整性的同时，密度(2.8 g/cm³)仅为钢材(7.85 g/cm³)的35%，实现了安全与轻量的双重突破。

这项研究不仅证实了Al-7075T6在电动汽车车架应用中的优越性，更建立了完整的材料性能评价体系。研究团队指出，未来应重点优化高应力弯曲部位的结构设计，进一步提升安全系数。该成果为电动汽车轻量化设计提供了重要理论支撑，对促进新能源汽车在发展中国家市场的安全普及具有现实意义。来自印尼国立三宝垄大学的Aldias Bahatmaka等学者通过严谨的有限元分析，为平衡"减重"与"保命"这一工程难题交出了创新答卷。