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1、汽車車身結(jié)構(gòu)性能概述 概述 今天，車身作為汽車的重要組成部分，在很大的 程度上影響汽車的商品價值和銷售 近 20年，隨著車速的提高，人們對汽車安全性、 舒適性、經(jīng)濟性、可靠性和耐久性的要求愈來愈 高 能源的緊缺和激烈的市場競爭，迫使車身結(jié)構(gòu)輕 量化、低成本；并引發(fā)材料業(yè)與制造業(yè)的日新月 異，促使設(shè)計理念和設(shè)計方法的不斷改進 概述 我國： 逐漸走自主開發(fā)的道路 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計：基于功能的設(shè)計 面向性能的設(shè)計 強調(diào)應(yīng)用 CAD/CAE核心技術(shù)驅(qū)動設(shè)計 車身性能 安全性 NVH性能 耐久性 強度、輕量化 可制造性 生產(chǎn)效率和生產(chǎn)精度等 企業(yè)
2、對車身結(jié)構(gòu)設(shè)計師的要求 傳統(tǒng) 構(gòu)造、計算、布置、試驗方面的專業(yè)人才 具有扎實的在基礎(chǔ)理論和專業(yè)技術(shù)知識 現(xiàn)代 /將來 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計概述 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計之前已完成工作 汽車總體設(shè)計 車身總布置設(shè)計 車身外形和內(nèi)飾設(shè)計 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計概述 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計 完成構(gòu)成車身的結(jié)構(gòu)件的形狀、尺寸、材料、以及結(jié)構(gòu)件之間聯(lián) 接關(guān)系，實現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)功能、性能的設(shè)計 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容 功能設(shè)計，安裝、固定、連接、密封等，如支撐發(fā)動機、變速箱等 性能設(shè)計，如安全性、噪音控制等 靜剛度：扭轉(zhuǎn)和彎曲 靜強度 : 大的外覆蓋件 動剛度 : 模態(tài)、頻率
3、碰撞強度（乘員和行人保護） 成本 NVH 防腐 重量 適用法規(guī) 傳統(tǒng)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟 1. 確定車體的構(gòu)件組成，分出主要、次要件，其目標(biāo)是：使 車體成為一個連續(xù)的完整的受力系統(tǒng) 2. 確定主要桿件的截面型式 -閉或開式 3. 確定截面的構(gòu)成方式、與其它部件的配合關(guān)系、密封和外 形的要求、內(nèi)、外裝飾板的固定方法以及相關(guān)的制造方法 4. 繪制截面過渡草圖 5. 化分分總成，分塊 6. 應(yīng)力計算 7. 繪制零件圖 現(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)性能設(shè)計 以結(jié)構(gòu)動力學(xué)原理和優(yōu)化方法作為白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ) 抓住目標(biāo)性能，從產(chǎn)品選型，各項指標(biāo)的確立，到綜合性能 的考慮，并行工程的
4、實施（工藝、制造、材料、供應(yīng)商等的 確立）；從概念設(shè)計、初步設(shè)計到詳細(xì)設(shè)計的各個階段；從 力學(xué)模型的建立到各階段結(jié)束所必須的驗證；每一個里程碑 的完成和繼續(xù)，都要采用當(dāng)前的先進方法和手段 借鑒國外先進汽車生產(chǎn)企業(yè)車身開發(fā)的理論、方法、技術(shù)、 手段和流程 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本約束和目標(biāo) 強度 ：車身結(jié)構(gòu)必須能夠承受在其整個使用壽命周期內(nèi)可能遇到的所有靜 力和動力負(fù)荷 使用 ：必須提供一個舒適愜意的車內(nèi)空間、滿意的行駛平順性、操縱穩(wěn)定 性以及對大自然的影響的抵御能力，滿足各種環(huán)境下的使用要求 振動、噪聲 ：必須提供對車內(nèi)外噪音源的吸聲、隔聲 輕量化 ：重量輕，需要能量最小 安全 ：提
5、供對乘員、行人的安全保護 材料 ：所用材料來源豐富，價格低廉，便于高效率地制造和裝配，能再循 環(huán)和使用 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則 基本的強度、耐久性要求 乘客滿意度準(zhǔn)則： 平順性、 噪聲環(huán)境 安全準(zhǔn)則： 減少傷害的可能性 將乘員被從車內(nèi)拋出的可能性降至最小 保證與安全有關(guān)的零件有足夠的強度 將失火的危險降至最低 乘員能方便地逃逸 整車結(jié)構(gòu) 48.3km/h正面固定壁障沖擊（ MVSS204、 MVSS212、 301） 轉(zhuǎn)向機向后位移 擋風(fēng)玻璃安裝條 燃料系的完整性 48.3km/h后面移動壁障沖擊（ MVSS301） 32.2km/h側(cè)向移動壁障
6、沖擊（ MVSS301） 車頂撞壓抗力試驗 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則 車門零部件 側(cè)門強度（ MVSS214） 門鎖組件（ MVSS206） 保險杠組件 8km/h的縱向擺錘撞擊 5km/h的 30度角擺錘撞擊 8km/h的縱向障礙物撞擊 座位組件 頭部保護裝置 (MVSS202) 座位總成 (MVSS207) 座椅安全帶固定裝置 (MVSS210) 現(xiàn)代汽車車身結(jié)構(gòu)分析方法 包括 數(shù)值模擬 與 實驗分析 方法 數(shù)值模擬方法主要是 有限元 法 依據(jù)技術(shù)資料建立車身結(jié)構(gòu)有限元分析模型，再應(yīng)用有限元分析軟 件計算和分析車身結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)特性指標(biāo)，甚
7、至進行優(yōu)化設(shè)計 分析和試驗仿真分析 可以在車身結(jié)構(gòu)開發(fā)初期就分析、預(yù)測和優(yōu)化結(jié)構(gòu)靜態(tài)和動態(tài)特性 指標(biāo)，從而在產(chǎn)品試制或生產(chǎn)之前就盡可能避免各種設(shè)計缺陷，提 高設(shè)計質(zhì)量和成功率 有限元方法的精度取決于模型、工況和分析方法，取決于對有限元 基本知識的理解、軟件應(yīng)用和工程經(jīng)驗 車身結(jié)構(gòu) CAE分析 現(xiàn)代汽車車身結(jié)構(gòu)分析方法 現(xiàn)代實驗分析法主要是 電測 法 應(yīng)用傳感器、測量和分析儀器，對車身實物（白車身結(jié)構(gòu)、零部件 等）進行支承、加載和測試 實驗分析方法信息雖然沒有數(shù)值分析方法充分，但它更直觀可信， 是數(shù)值分析模型驗證的主要手段 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展歷史 自行車 --汽車
8、的技術(shù)先驅(qū) 第一種大量生產(chǎn)、用于人員運輸?shù)臋C器 1816-1818首次將兩輪車的思想變?yōu)閷嵨? 1885年，現(xiàn)代自行車的基本型在商業(yè)上獲得成功 由此出現(xiàn)的種種變革的要求為汽車的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ) 向自己驅(qū)動的車輛過渡 三輪電能驅(qū)動車 蒸汽機驅(qū)動的四輪車 內(nèi)燃機驅(qū)動的車 荷蘭人 Christiaan Huygens、法國人 Etienne Lenoir、德國人 Nicholas A. Otto、英國人 Lanchester 根據(jù)基本原理進行功能性設(shè)計 鋼管銅焊構(gòu)成車架 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展歷史 大量生產(chǎn)時期（ 1900-1927年） 大約五百多家汽車生
9、產(chǎn)公司 1929年，產(chǎn)生了“設(shè)計”車身結(jié)構(gòu)以使汽車有較輕重量的“需要” 1900年，出現(xiàn)了第一個金屬車身專利 主體仍然是木、鋼結(jié)構(gòu)的車身 美觀和舒適的時期（ 1927-1956年） 提出了對汽車的基本需求 經(jīng)濟、耐久、可靠 舒適、吸引人 操縱、使用安全 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展歷史 1926年開始出現(xiàn)車身造型設(shè)計的實踐 借助于試驗和其它的一些基本工具，對車身結(jié)構(gòu)進行了有效的設(shè)計 汽車的基本結(jié)構(gòu)已定型 安全時期（ 1956-1970） 著重考慮如何減輕汽車碰撞后的后果 美國頒布了安全法規(guī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計仍然以實驗方法為主，開始研究計算分析的理論和工程方 法 計算機結(jié)構(gòu)分析時期（ 1970年以后） 特定構(gòu)件的應(yīng)力計算 有限元方法
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