The impact beam, a beam-shaped reinforcement installed horizontally between the inside and outside panels of car doors, is gaining importance as a solution to meet the regulations on side collision of vehicles. In order to minimize pelvis injury which is the biggest injury happening to the driver and passengers when a vehicle is subject to side collision, energy absorption at the door impact beam should be maximized. For the inner panel, the thrust into the inside of the vehicle must be minimized. The impact beam should be as light as possible so that the extent of pelvis injury to the driver and passenger during side collision of the vehicle is minimal. To achieve this, the weight of the impact beam, has to be optimized. In this study, we perform a design analysis with a goal to reduce the weight of the current impact design by 30% while ensuring stability, reliability, and comparison data of the impact beam for mass production. We conduct three-point bending stress experiments on conventional impact beams and analyze the results. In addition, we use a side-door collision test apparatus to test the performance of beams made of three (different materials: steel, aluminum, and composite beams).
The currently observed trend in car manufacturing is to increase energy-efficiency by producing lighter cars. This study examines the replacement of particular parts, specifically around the impact beam, with material composites 30% lighter than conventional steel currently used. The shape of the impact beam was determined as the trapezoidal cross-sectional area with central reinforcement, using three-point bending analysis. A prototype was fabricated based on the findings of our study and its performance was evaluated by the three-point bending analysis; 2 ply of aramid applied for its displacement. The performance of the final prototype for the door assembly was evaluated using a side-door strength test, which resulted to measured initial strength of 10.5 KN and intermediate strength of 15.6 KN. This research provides a promising solution for better impact beam manufacturing.
섬유금속적층판은 금속 판재와 섬유 강화 플라스틱을 적층한 하이브리드 소재 중 하나다. 섬유금속적층판은 부품 경량화 측면을 고려했을 시, 뛰어난 충격흡수능력을 가지고 있기 때문에 자동차 및 항공우주 산업에서 적용 및 연구를 진행하고 있는 추세다. 특히, 자동차의 측면 도어 임펙트 빔의 경우, 기존의 금속소재에서 복합재료로 대체하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 자동차의 측면 도어 임펙트 빔을 금속소재와 자기 강화형 폴리프로필렌을 적층한 섬유금속적층판으로 대체하는 것이 목표다. 3가지 종류의 임펙트 빔의 3점 굽힘 시험 수치해석을 통해 단면적 대비 굽힘 저항력의 크기를 비교하였다. 그 후, 제작 실현성을 고려하여 굽힘 저항력이 우수한 이중모자형 임펙트 빔을 순수 DP 980과 섬유금속적층판으로 제작하여 자동차 측면 도어에 설치된 모델을 상정하고 충돌 해석을 수행하였다. 결과적으로 섬유금속적층판을 사용한 임펙트 빔은 기존의 DP 980보다 무게 대비 충격 에너지 흡수 능력이 약 7배 높음을 알 수 있었다.
A hot stamping technology of vehicle door impact beam made of thin sheet steel has been developed, with the aim of ensuring occupant safety in a side collision. This technology has been implemented to increase the strength of vehicle body parts and to reduce not only the weight of door impact beam but also the number of work processes. Mechanical tests were performed to obtain material properties of hot-stamped specimen and those were used as input data in stamping and structural simulation for optimal design of door impact beam. Strength of hot-stamped door impact beam increased to the value 102% higher than that of conventional pipe-shaped door impact beam and structural simulation showed that hot-stamped door impact beam achieved 28% weight reduction.
The mounting performance of the GFRP(Glass fiber Reinforced Plastic) beam and the mechanical mounting of the steel bracket was studied to be mounted as a GFRP impact beam on the side door of the passenger car. Moreover, an open-hole tensile test was performed to evaluate breakage tendency based on GFRP stacking conditions. Furthermore, the tightening strength of rivets and bolts was compared using the single lap-shear tension test for the GFRP stacking pattern. Additionally, the GFRP beam and bracket mounting features were designed; moreover, the prototype and bracket were assembled. Additionally, the bracket mounting bending test and the door assembly static bending test were performed to verify the stability of the bracket mounting. In the bracket fastening bending test, no breakage occurred in the connection part between the GFRP beam and the bracket, and it showed 67% (24.4 kN) improved performance compared to steel. In the static bending test of the door assembly, the initial average reaction force increased by 25% compared to the steel, and the performance of all FMVSS-214 regulations was satisfied. The replacement of GFRP impact beams resulted in a 30% weight reduction
In vehicle's door wiring harness (W/H) system is more toward to arrange a passenger compartment than a hinge and a weatherstrip. An opening/closing member of a vehicle is attached to a vehicle by a hinge in a manner enabling easy opening and closing of the opening/closing member. Such members include doors, such as side-doors and rear doors, and other opening/closing members, such as trunk lids. This article gives some insight into the dimensioning process, with special focus on large deflection analysis of wiring harness(W/H) in vehicle's door structures for durability problem. The Finite elements analysis for door wiring harness(W/H) is used for residual stresses and dimensional stability with bending flexible. Durability test data for slam test specimens were compared with the numerical predicted fatigue life for verification. The final testing of the component combines the effects of these microstructural features with the complex stress state arising from the combined service loading and residual stresses.
The purpose of this study is to produce a side impact beam with high tensile steel using a roll forming process. The door side impact beam plays an important roll in a car because it protects passengers from external crash. The roll forming process is a continuous bending process wherein a long metal sheet is bended as it continuously passes several rolls. The characteristic of this study is that an impact beam is produced by a continuous process using a ultra high strength steel without a hardening heat treatment. A model was determined by analysing plasticity of a cross section shape considering high strength. Design parameters of the impact beam was determined by crash-analysing the model. Workpiece products were manufactured by designing dies for roll forming and setting them up in a following process line. Results of a bending test and a FEM analysis was considered and reviewed.
Using conventional textile techniques such as weaving braiding knitting and stitching it is possible to produce a wide range two and three dimensional fiber preforms, however so far only a limited attention has been given to knitted fabrics in composite industry. This is mainly due to the opinion that knitted fabric reinforced composites posses low mechanical properties owing to their looped fiber architecture. But it is possible to obtain desired mechanical properties by selecting proper knitted fabric structure, In this paper mechanical characteristics of kevlar plain weft knitted fabrics reinforced plastics(KFRP) are evaluated for th development of intrusion beam of car side door. Tensile bending impact properties of KFRP are measured experimentally and crush demands of Americal Federal Motor Vehicle Safety Standard No.214(FMVSS 214) compared with the bending load and displacement of KFRP by quasi-static test method. The applicability and limitation of bending load and displacement of KFRP according to specimen size has been discussed.
금속 일체형 판재 도어 임팩트 빔 개발을 위해 단면 형상의 최적설계를 진행하였다. 기존의 도어 임팩트는 충격을 흡수하는 강관과 양쪽에 브라켓을 용접하여 자동차에 설치하는 구조로 이루어졌다. 하지만, 브라켓을 설치하기 위한 용접작업은 생산성을 떨어뜨리고 생산단가를 증가시키는 과정이다. 이러한 단점을 극복하기 위해 일체형 판재 도어 임팩트 빔의 개발은 반드시 필요한 공정이다. 본 논문에서는 일체형 판재 도어 임팩트의 단면 형상을 수치해석의 방법으로 제안하는 연구를 진행하였다. 외부 충격에 대한 반력 하중 및 생산성을 고려하여 엔지니어의 직관적인 설계 형상 6가지에 대하여 수치해석을 진행하였다. 객관적인 비교를 위해 3점 굽힘 하중 실험을 모사하는 유한요소해석을 진행하였다. 형상과 치수가 상이한 6가지의 단면 형상 중 최적의 형상을 선정하고, 상세 설계를 위해 단면형상의 높이와 폭의 치수를 변화시키며 해석을 진행하였다. 이를 통해, 일체형 판재 도어 임팩트의 최적의 단면 형상을 제안하였다.
자동차의 측면 충돌시 승객을 보호하고자 박판재를 이용하여 자동차의 도어 임팩트빔을 핫스탬핑공법을 이용하여 개발하였다. 핫스탬핑 기술은 차량의 차체 강성을 증가시킬 뿐만 아니라 차체 중량 및 부품 수 축소로 인한 공정의 감소도 가능하게 한다. 핫스탬핑 시편을 제작하고, 기계적 물성시험을 수행하여 물성 데이터를 확보하였다. 핫스탬핑 임팩트빔의 성형해석및 구조해석을 이용한 최적 설계를 수행하여 기존 파이프형태의 임팩트빔보다 강도는 102% 향상되고, 중량은 34% 감소된 핫스탬핑 임팩트빔을 개발하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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