Crash box is situated in the front and rear end of the body structures to absorb energy at low speed impacts. Aluminum alloys have become attractive in the design of auto-body because their low weight reduces the fuel consumption and emission and aluminum has the ability to be recycled. This paper deals with the crashworthiness and behavior of aluminum crash box for an auto-body. Various cross-sections and rib shapes are evaluated for crashworthiness enhancement through FEM analyses.
Alloy A7003 temper T7 is considered as the material of aluminum crash box. Typical true stress-true strain curves of the material were found by static and dynamic tensile testing to apply the crash analysis. Three cross sections of rectangle, hexagon and octagon were considered for the crashworthiness evaluation and effect of shapes of rib in the cross section was investigated. In case of the pure axial crushing, the analysis result shows that the octagon cross section shape has higher crashworthiness than other cross section shapes. The diaphragm which connects the face with the face in the cross section shows higher specific energy absorption and lower peak load than the diaphragm which connects the edge with the edge.
Differently from unit analysis of the pure axial crushing, simplified auto-body model for the front of the full car was proposed. This simplified auto-body model consists of bumper beam, crash box, front side member and subframe. Mass points and moment of inertia were controlled to represent the behavior of full car. Simplified auto-body model considers mutual relation in front parts of full car and is effective compared to full car analysis. The analysis result shows that the rectangle cross section has higher crashworthiness than other cross section shapes. In case of hexagon and octagon cross section, as the width of crash box reduces, collapse modes of torsion and buckling are observed. The diaphragm which connects the edge with the edge shows higher specific energy absorption and lower peak load than the diaphragm which connects the face with the face. This paper presents new design method of a crash box through the comparison of simplified auto-body model analysis with unit analysis of pure axial crushing.
크래쉬 박스는 저속충돌에서 충돌에너지를 흡수하기 위해 자동차의 앞과 뒤에 장착된다. 그리고 알루미늄 합금은 차량의 연비 및 배기가스 규제를 만족시키기 위한 차량의 경량화를 위해 사용된다. 이 논문은 충돌성능 향상을 위한 알루미늄 크래쉬 박스에 대하여 연구하였다. 유한요소해석을 이용하여 다양한 단면 형상과 격막 형상에 따른 충돌성능을 평가하였다.
크래쉬 박스의 소재로 알루미늄 합금인 Al7003-T7을 고려하였으며, 정적 및 동적 인장시험을 수행하여 소재의 동적 인장특성을 파악하였다. 사각, 육각, 팔각단면 형상 및 격막 형상에 따른 충돌성능 평가를 수행하였다. 단품 단순정면 충돌해석에서는 팔각단면이 다른 사각, 육각단면보다 충돌성능이 우수하였으며, 격막을 면 사이에 연결한 단면이 모서리 사이를 연결한 단면보다 질량당 충돌에너지 흡수량이 높고, 최대하중이 낮았다.
단품 정면충돌해석과 달리, 범퍼, 크래쉬 박스, 프런트 사이드 멤버, 서브프레임 등으로 구성된 단순차체모델을 제안하였다. 실차해석과의 비교를 통해 단순차체모델의 신뢰성을 확보하였다. 단순차체모델 충돌해석에서는 사각단면의 충돌성능이 우수하였다. 육각 및 팔각단면 형상에서는 폭이 감소함에 따라 비틀림 변형형상과 좌굴이 발생하였다. 격막 형상에 따른 충돌성능 평가에서는 모서리 사이를 연결한 단면이 면 사이를 연결한 단면보다 충돌에너지 흡수량이 높고, 최대하중이 낮았다. 이 논문은 단품 단순정면 충돌해석과 단순차체모델 충돌해석의 비교를 통해 효율적인 크래쉬 박스의 설계 방법을 제안하였다.
