5.2.2力的传播和三段式碰撞变形原理(课件）-高二《汽车车身修复》同步教学（北京理工大学出版社）

5．2．2 力的传播和三段式碰撞变形原理 1．力的传播 车辆的变形损伤，归根到底还是碰撞力作用的结果，既然损伤常常发生在碰撞点以外的地方和部位，则必然是碰撞力在产生之后发生了传递现象。这种现象，可以用力的平移原理和力的合成与分解原理来解释。 当汽车的某一个部位在受到碰撞时，如图5—50所示，图中的碰撞力AA’与水平方向成夹角α，与车身纵轴线成夹角β，并作用于A点。按照力的合成与分解原理，力AA’将沿三个方向分解。其中，AE的分力向内，将翼子板前端推向散热器上框架及发动机罩；AC分力向后，将翼子板的端推向中间车身；AB分力向下，将翼子板前端推向前车身下部。 图5—50 前车身受冲击时力分解实例 如果碰撞力的方向AA'变化，使α、β不同于图中所示，其三个方向的碰撞分力也将发生变化。 这是在碰撞点上碰撞力向三个方向分解的情况，然而，碰撞过程中，力的作用远非仅此而已，这些分力还要沿着它所作用的构件继续传递，如AC分力将通过翼子板以及其上的螺栓传给前门框，并在前门框处两次分解，分别传递给挡风玻璃框、车门槛以及前围板。再次分解的各个分力又以同样的方式继续依次传递、分解，从而引起传递路径上的所有构件受力。同理，其他两个方向的分力也是如此。 若这些力足够大，超过受力构件的强度和刚度，就可造成该构件的变形和损坏。由此可见，碰撞力总是依据车身的结构形式，沿着构件向不同的方向分散传播、并在该力引起的构件应力超过该构件的强度或刚度极限时，使构件发生变形和损坏。 然而，上述的车身构件是被当成刚体对待的，实际上，车身构件本身属于塑件体，而在力的传播路径上有可能存在着许多的不能视为刚体的纯粹塑性体，如橡胶元件。在这些非刚体性构件中传播时，就不能利用以前所学的力的分解、平移、合成原理，因为该力在传播路程中，会因为对构件做功，引起构件变形，从而转变为变形功被逐渐消耗掉。这可以用分别对—根铁棍和一根拉直的软绳的两端施加轴向的压力所产生的现象来解释。 综上所述，力的传播就是分解、平移、合成和做功消耗的过程。 2．三段式碰撞变形原理 英国CHIEF公司为了研制车身矫正设备，曾经对碰撞情况下的车身变形做过大量的试验。他们用几种车型均以40 km／h的速度进行碰撞试验，最后对损坏的车辆进行变形分析。得出车辆变形的三段式特征：即汽车(严格的讲是轿车)发生正面碰撞后，整车各个不同的部位都会有不同程度的变形，在长度上整体缩短，在垂直方向上呈现“前段和后段车身向上变形，中部向下变形”的特征。 5．2．3 显性损伤及隐性损伤的判断 车身的损伤有多种形式。在碰撞中，这些损伤依据碰撞的方式产生在车身的不同部位，并显示出不同的属性和特点。如果是局部变形产生的损伤，则常发生在车身表面，呈现的是凹凸，撕裂、严重弯曲等现象，经过肉眼的仔细检查是不难发现的，它们可以被称为显性损伤。 但是，对于整体变形过程中的一些损伤，若发生在不易观察到或肉眼难以判断的结构件上，则必须利用仪器、量具的精确测量来查找，并确定出具体的位置和损伤程度，这种损伤可以称其为隐性的损伤。车身在汽车碰撞中损坏时这两种损伤通常是同时发生、同时存在，并且互相影响、互相关联的，更与汽车的碰撞状有直接或间接的连带关系。车身修复时，如果只注意显性损伤的修复，忽略隐性损伤的修复，无疑会造成车身乃至整车性能的不能或不完全恢复。 虽然隐性损伤可以利用较为完备的设备和仪器，在对车身整体参数予以测量后，很方便地查找出来，但是有些时候，一些修理企业并不具备这些设备，即使有这些设备，往往出于提高效率的目的，使测量工作有的放矢，也需要预先对可能变形的部位进行判断。另外，在保险工作中，则更是依靠对事故表面损伤的分析，来判断所有各个部位的损伤状况的。 隐性的损伤虽然不同于显性损伤，但因为每种类型的损伤都是在碰撞中以一定的顺序和方式发生的，并最终以外观损伤的形式直接表现出来，因而这些隐性损伤仍然可以通过汽车碰撞后的变形损坏情况、车身构件装配关系的变化情况以及汽车被碰撞的方向和碰撞力的大小估断出来。其具体方法是：先确认显性损伤状况，判断出碰撞力的大小和方向；再依据车身的结构以及力的传播特性，按照力的大小、方向估计出将要波及的损伤部位；然后结合与该部位相关连部位各个构件的技术状况加以判断；最后可以利用相应的仪器设备加以测定确认。 1．损伤过程及损伤可能存在的方位 在碰撞的瞬间、碰撞力以冲击波的形式开始沿着车身构件向撞击点以外的区域扩散。其中纵向的冲击力则沿着构件向后传播，但略有弹件的刚性车身结构却力图使车身保持原来的形状，这两种作用的综合结果，则是试图使汽车结构减短，从而引起车身构件的横向及垂直方向的弯曲变形。 随着碰撞的持续作用，变形愈来愈大。在冲击外力传播的路径上，一但该处的外力超过该处构件的强度极限后，随即就会产生的永久性的塑性挤压变形，超