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汽车车身结构轻量化研究

  • 产品时间:2022-08-21 14:23
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简要描述:摘 要:21世纪,汽车出现出系统化、模块化、轻量化、电子化和个性化的总体生长趋势。当前,一次性能源的急剧淘汰和情况污染是全球两大主要问题,汽车车身轻量化的重要性日益凸显。低能耗、低排放、高性能的汽车是社会可连续生长的一定要求,车身结构轻量化正是实现这一目的的有效方法。 车身轻量化设计可以淘汰原质料的使用量,降低生产成本和油耗,淘汰尾气排放,实现节能环保。因此,本文从车身结构设计、质料选择、制造工艺等方面研究了如何实现汽车车身结构的轻量化。...

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本文摘要:摘 要:21世纪,汽车出现出系统化、模块化、轻量化、电子化和个性化的总体生长趋势。当前,一次性能源的急剧淘汰和情况污染是全球两大主要问题,汽车车身轻量化的重要性日益凸显。低能耗、低排放、高性能的汽车是社会可连续生长的一定要求,车身结构轻量化正是实现这一目的的有效方法。 车身轻量化设计可以淘汰原质料的使用量,降低生产成本和油耗,淘汰尾气排放,实现节能环保。因此,本文从车身结构设计、质料选择、制造工艺等方面研究了如何实现汽车车身结构的轻量化。

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摘 要:21世纪,汽车出现出系统化、模块化、轻量化、电子化和个性化的总体生长趋势。当前,一次性能源的急剧淘汰和情况污染是全球两大主要问题,汽车车身轻量化的重要性日益凸显。低能耗、低排放、高性能的汽车是社会可连续生长的一定要求,车身结构轻量化正是实现这一目的的有效方法。

车身轻量化设计可以淘汰原质料的使用量,降低生产成本和油耗,淘汰尾气排放,实现节能环保。因此,本文从车身结构设计、质料选择、制造工艺等方面研究了如何实现汽车车身结构的轻量化。关键词:轻量化;结构设计;质料选择;制造工艺汽车车身轻量化是世界汽车工业的重要研究课题[1-3],是全球汽车厂商的配合选择,是我国应对能源宁静、新能源汽车生长的一定选择,也是汽车工业可连续生长的一定之路,对于提升汽车产物的焦点竞争力,提高汽车企业的创新能力有重要意义。

然而,汽车轻量化理论和技术的实施涉及汽车宁静品质、质料工艺、接纳再使用等多学科多目的协同优化问题[4-6],特别是新能源汽车结构特殊,人们需要掌握结构轻量化的基本原理,遵循科学的设计方法和开发流程,而且把轻量化开发和研究的理念贯串始终。主要就是运用种种技术手段,在保证汽车各项性能要求的前提下,降低整个车身及零部件总成的质量,以实现汽车质量降低的目的[7-9]。1 海内外车身轻量化研究的生长1.1 外洋车身轻量化的生长外洋超轻钢技术生长比力迅猛,由于技术水平和汽车轻质质料价钱问题,钢材还将在未来很长一段时间内无法被替代。20世纪90年月,世界钢铁协会建立了超轻钢技术项目组,重新设计汽车车身结构,提升钢材质量,减轻相同性能下钢材的使用量,到达车身轻量化的目的。

该项目取得了瞩目的结果——车身减重约25%。可是,其车身一阶模态频率、车身扭转刚度和车身弯曲刚度都比原来有很大水平的提高。汽车生产成本比原来降低15%。

世界钢铁协会举行汽车车身轻量化的主要手段包罗:使用高强度的板材替代传统板材;使用新的生产工艺,如激光焊接工艺和液压成型工艺等;使用有限元法对现有车身举行优化设计,使用盘算机仿真技术,以保证车身的种种性能指标到达尺度。碳纤维增强质料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic,CFRP)强度高、刚性好、质量小,它拥有优秀的耐蠕变和耐腐蚀性,成为汽车轻量化最理想的质料。

虽然碳纤维增强质料有众多优点,可是价钱一直居高不下,现阶段,碳纤维增强质料只用于高等轿车或跑车上。除了高强钢和铝合金外,镁合金和复合质料等轻质质料也在汽车车身中获得一定水平的应用。

镁具有良好的加工性、抗凹性、减震性,镁合金密度约莫是铝合金的2/3,具有良好的轻量化应用潜力。总体来看,国际上,汽车轻量化技术已经很成熟。

1.2 海内车身轻量化的生长现在,我国高强度钢轻量化车身研究取得较大希望,宝钢已形成TP、DP、DQ、BH及CQ等商业高强度钢板品种,笼罩了现在外洋主要品种的生产,讲明海内高强度钢系列已开端形成。我国的汽车铝合金用量与外洋相比另有较大的差距,2011年美国汽车单车的平均用铝量到达161 kg,2012年欧洲汽车单车的平均用铝量为145 kg。可是,我国2010年乘用车单车的平均用铝量仅相当于北美洲2000年的水平(119 kg)。2008年,中国汽车轻量化技术创新战略同盟在宁波正式建立。

2016年,轻量化同盟拥有19家成员单元、46家同伴单元和6家视察员单元。从总体看,我国汽车轻量化技术生长主要面临如下问题:轻量化技术涉及学科研究领域众多,需要应用较多学科交织融合所形成的综合性、系统性知识体系,可是我国研究机构现在只注重单个技术的开发,很少有各技术的交织;车辆轻量化技术涉及许多常用技术和尖端技术,其焦点技术的突破不行能由单一企业或研发机构完成,国家必须有战略性、前瞻性、协调性的部署,而我国缺乏此类机构;产学研联合不够精密,没有明确分工。由此可见,无论是理论方面还是实际运用方面,中国汽车轻量化技术生长与外洋相比都有很大的差距,任重而道远。

2 汽车轻量化理论与设计方法研究汽车轻量化的问题是在最优化的理论基础上建设的,通常所说的优化设计,就是凭据实际的情况和问题,建设其优化的数学模型,接纳一定的最优化方法,寻找既满足约束条件又使目的函数最优的设计方案。组成结构设计问题的三要素为:设计变量(Design Variable,DV)、状态变量(State Variable,SV)、目的函数(the Objective Function,OBF)。

详细方法如下。在汽车结构轻量化中,结构尺寸优化是在确定结构拓扑的前提下,用少量的尺寸来表现结构的某些变化,然后建设基于这些维参数的数学模型,并接纳优化方法求解最优维参数。

在尺寸优化中,其设计变量大多数为质料参数(如说弹性模量和密度)和尺寸参数(如横梁横截面的尺寸、转动惯量、弹性支承刚度、板材的厚度、两个部件之间的毗连刚度等)。尺寸优化是通过优化一维梁单元的截面尺寸、二维板单元厚度等,寻找目的结构件的最好截面尺寸,满足其相对应的性能要求,性能优化期间,结构的形状和拓扑结构没有发生变化。尺寸优化的一个重要偏向是一维梁单元的截面尺寸优化,从之前的结构到现在工业上用的种种型号钢材,尺寸优化已经相对成熟,在给定结构外形几何、质料、单元类型、结构结构的情况下,以截面的尺寸为设计因变量,寻求截面尺寸的最优,以满足性能要求而且实现结构轻量化,到达降低生产成本的目的。

3 汽车车身轻量化生长趋势3.1 使用高强度板材来取代传统板材3.1.1 铝合金铝合。


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