汽車(chē)車(chē)身輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、 2011屆 　　 　　 　　　　　分類(lèi)號(hào)： 　　　　　　　　　　　　　　　　　 單位代碼 ：10452 本科專(zhuān)業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 題目 汽車(chē)車(chē)身輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 姓 名 　　　　　 學(xué) 號(hào) 　　 　　　　　 年 級(jí) 　 2007級(jí) 　　　　　 專(zhuān) 業(yè) 　　　 車(chē)輛工程 　　　　　 系?。ㄔ海　　」W(xué)院 　　　　　 指導(dǎo)教師

2、 2011年4月24日星期日 目錄 人生需要夢(mèng)想 2 （一） 引言 3 （二） 自我分析 4 （三） 環(huán)境條件分析 4 3.1 家庭條件分析 4 3.2 社會(huì)環(huán)境的分析 4 摘 要 5 ABSTRACT 5 第1章汽車(chē)車(chē)身輕量化概述 6 1.1 汽車(chē)輕量化的意義 6 1.2 汽車(chē)輕量化的發(fā)展 6 第2章 汽車(chē)車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)的材料選擇 7 2.1 高強(qiáng)度鋼是占主導(dǎo)地位的輕量化材料 7 2.2鋁合金是最有希望取代鋼鐵材料的輕量化材料 11 2.3塑料和復(fù)合材料 12 第3章汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)的分析 13 3.1輕量化設(shè)計(jì)的分析原則

3、 13 3.2減重：輕量化評(píng)價(jià)參量 14 3.3性能：滿(mǎn)足各類(lèi)碰撞法規(guī) 15 3.4輕量化與成本的關(guān)系 16 第4章運(yùn)用CAE技術(shù)進(jìn)行某微型客車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)的分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 16 4.1 CAE技術(shù) 16 4.2動(dòng)力學(xué)分析 17 4.3靜力分析 20 4.4優(yōu)化設(shè)計(jì) 23 第五章 結(jié)束語(yǔ) 24 參考文獻(xiàn) 25 謝 辭 26 人生需要夢(mèng)想 1 引言 實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想的第一步就是要有夢(mèng)想，即人生需要夢(mèng)想。沒(méi)有夢(mèng)想對(duì)于每個(gè)人來(lái)說(shuō)是非常可怕的一件事情，如同無(wú)頭蒼蠅似的到處碰壁?，F(xiàn)代社會(huì)很多人由于商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和變化很快，很難對(duì)自己的人生進(jìn)行一個(gè)長(zhǎng)期的規(guī)劃。佛家有云：“緣自性空

4、”、“空無(wú)自性”。的確在現(xiàn)代社會(huì)，人們的生活節(jié)奏加快，社會(huì)更新?lián)Q代同樣很快。如果我們不加緊自己的腳步，跟隨時(shí)代的步伐，不斷學(xué)習(xí)，將很難有長(zhǎng)足的進(jìn)步。 而有一份長(zhǎng)期穩(wěn)定的規(guī)劃是有必要的。首先，職業(yè)生涯規(guī)劃是幫助個(gè)人對(duì)抗變幻莫測(cè)的世界的一種不變的工具。中國(guó)人講究“以不變應(yīng)萬(wàn)變”，因此更加需要有一份穩(wěn)定的職業(yè)生涯規(guī)劃了。其次，穩(wěn)定性的追求是符合人性的，按照馬克思的觀(guān)點(diǎn)，在科學(xué)高度發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)該是沒(méi)有宗教的。但現(xiàn)代社會(huì)宗教的不斷發(fā)展，信眾的不斷增加導(dǎo)致了馬克思思想的直接破產(chǎn)。為什么在科學(xué)不斷發(fā)展人類(lèi)認(rèn)識(shí)水平不斷發(fā)展的今天還是有如此之多的人信仰宗教呢？其中一個(gè)原因就是因?yàn)樽诮烫峁┝巳艘粋€(gè)穩(wěn)定性的

5、追求和信仰…… 那么對(duì)于在校大學(xué)生該怎樣規(guī)劃自己的職業(yè)生涯呢？對(duì)于在校大學(xué)生，首先要對(duì)自己有一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)，知曉自己的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)等等。另外在對(duì)自己有一個(gè)比較完備的認(rèn)識(shí)的時(shí)候要明確自己的興趣，明確自己的目標(biāo)，通過(guò)目標(biāo)的明確要找準(zhǔn)自己日后的社會(huì)地位定位，履行好自己的社會(huì)角色。當(dāng)然在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中必須不斷提高和完善自己的能力，并對(duì)當(dāng)代社會(huì)對(duì)自己的職業(yè)的要求和職業(yè)本身的發(fā)展前景要有一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)。 我是一個(gè)不善于規(guī)劃自己人生的人，我認(rèn)為“理想與現(xiàn)實(shí)總是相差很遠(yuǎn)”。其實(shí)很多時(shí)候人的一生只要掌握好它的大體方向就可以了，我們不必苛求每一件事情都做到盡善盡美，那樣太累。只要做事無(wú)愧于心，走到哪里都可以挺

6、起胸膛，我的人生沒(méi)有白來(lái)。我想在自己的人生路上先在遠(yuǎn)通汽貿(mào)公司的汽車(chē)售后方面有所建樹(shù)，這幾年先把自己的基礎(chǔ)打牢，然后在談?wù)撀毼惶嵘膯?wèn)題。 “生有涯，而學(xué)無(wú)涯”、“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”?！拔沂且粋€(gè)在海灘上拾石子的人，偶爾拾到了一兩塊石頭，但真理的海洋尚未被我們發(fā)現(xiàn)。 2 自我分析 2.1優(yōu)點(diǎn) 社交能力強(qiáng)，善于交朋友；為人勤奮、正直；樂(lè)于探索，有求知的欲望；有理想有目標(biāo)；在汽車(chē)、商業(yè)等方面有鉆研的的精神；做事認(rèn)真、細(xì)致、周到，力求使每件事達(dá)到完美的標(biāo)準(zhǔn)；自己認(rèn)準(zhǔn)的事，往往以不記代價(jià)的方式達(dá)到要求（當(dāng)然有時(shí)這也是一種缺點(diǎn)）。 2.2 缺點(diǎn) 說(shuō)話(huà)啰嗦而且比較直，不善于偽裝

7、自己的喜怒哀樂(lè)；朋友多，但會(huì)認(rèn)真對(duì)待知心朋友很少；有想法，但往往不能及時(shí)實(shí)施；生活沒(méi)有太多的規(guī)律，使得對(duì)新鮮事物有種排斥感；缺乏自信；知識(shí)面不夠廣，視野不夠開(kāi)闊。 2.3 興趣： 對(duì)汽車(chē)情有獨(dú)鐘；愛(ài)好汽車(chē)和商業(yè)知識(shí)；在休閑時(shí)刻，喜歡看小說(shuō)，也喜歡打籃球和羽毛球，注重勞逸結(jié)合。 2.4小結(jié)： 優(yōu)缺點(diǎn)極其明顯，不善于改變自己。希望以后繼續(xù)發(fā)揚(yáng)優(yōu)點(diǎn)，做到更好。面對(duì)缺點(diǎn)，找到差距，制定具體措施，努力彌補(bǔ)。個(gè)人愛(ài)好是一種難得資源，也是一種充沛的能源，要大力開(kāi)發(fā)，最大程度地為自己的工作、生活服務(wù)。 3 環(huán)境條件分析 3.1 家庭條件分析 我出生于一個(gè)農(nóng)村家庭，世代沒(méi)有擺脫貧窮的壓迫，父母看到

8、只有知識(shí)才是擺脫困境最好的方法，所以，他們將所有的積蓄都用在我和姐弟的學(xué)業(yè)上，希望我們能夠走從窮困的小山村，見(jiàn)到外面寬廣的世界。面對(duì)父母的期望，面對(duì)自己的人生，我能做的只是努力提高自己的能力，實(shí)現(xiàn)自己的理想。 3.2 社會(huì)條件分析 近三年我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)產(chǎn)銷(xiāo)發(fā)展迅猛，市場(chǎng)環(huán)境急劇變化，使我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)面臨重組和整合壓力，企業(yè)利潤(rùn)不斷下降。這就迫使汽車(chē)企業(yè)不斷地適應(yīng)市場(chǎng)變化，尋找新的利潤(rùn)增長(zhǎng)，從而獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。對(duì)于我國(guó)的汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)來(lái)講，現(xiàn)實(shí)的可行之路就是必須迎合市場(chǎng)需求變化、提高服務(wù)水平、建立自主品牌、選擇適合的銷(xiāo)售模式，才可在更加激烈的競(jìng)爭(zhēng)中尋求自身的發(fā)展。那么針對(duì)汽車(chē)車(chē)架就非常有必要進(jìn)行結(jié)

9、構(gòu)上的優(yōu)化與設(shè)計(jì)！ 汽車(chē)車(chē)身輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 摘 要 車(chē)輛輕量化是減少原材料的消耗 、降低車(chē)輛的生產(chǎn)成本、減少排量的最有效措施之一 。減輕汽車(chē)車(chē)身自重一般有兩種途徑：一是從材料人手，采用輕金屬或現(xiàn)代復(fù)合材料等低密度材料制作車(chē)架，以減輕結(jié)構(gòu)重量；二是從優(yōu)化設(shè)計(jì)入手，對(duì)現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)車(chē)架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證承載能力和可靠性的前提下減輕其質(zhì)量。 本文首先介紹了汽車(chē)車(chē)身輕量化的意義，然后對(duì)汽車(chē)車(chē)身材料進(jìn)行一個(gè)優(yōu)化選擇，進(jìn)而對(duì)汽車(chē)車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，最后運(yùn)用CAD技術(shù)對(duì)某款車(chē)進(jìn)行車(chē)身結(jié)構(gòu)輕量化進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞:汽車(chē)車(chē)身;輕量化;CAE技術(shù);優(yōu)化設(shè)計(jì) Abstract The

10、 vehicle reducing in weight is most the production cost of dissipation, step - down vehicle that reduces raw materials and reduce to line up quantitative one of the effective measures.Ease autocar car body dead load to generally have two kinds of paths:One from the material hand, low density materia

11、l creation car stands, such as adoption light metal and modern composite material...etc. to ease structure weight;Two from excellent turn a design to commence, carry on structure vs the existing steel structure car stand excellent turn a design, assure that loading capability and the premise of reli

12、ability down ease its mass. This article introduced the meaning of autocar car body reducing in weight first, then carried on one vs the autocar car body material excellent turn a select, then design progress vs the autocar car body reducing in weight analysis, the end makes use of a CAE technique

13、to carry on car body structure vs a certain car reducing in weight the progress Be excellent to turn a design. Key words: autocar car body;educing in weight;CAE technique;is excellent to turn a design. 1 汽車(chē)輕量化概述 1.1 汽車(chē)輕量化的意義 當(dāng)前，能源短缺及環(huán)境污染問(wèn)題已成為制約中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的突出問(wèn)題，無(wú)論是從社會(huì)效益還是經(jīng)濟(jì)效益考慮，低油耗、低排放的汽車(chē)都是節(jié)約

14、型社會(huì)發(fā)展的需要。汽車(chē)輕量化不但可以提高車(chē)速，還能降低油耗、減少?gòu)U氣排放量和改善安全性（縮短剎車(chē)距離和減少碰撞慣性）。然而，汽車(chē)輕量化絕非是簡(jiǎn)單地將其小型化而已。首先應(yīng)保持汽車(chē)原有的性能不受影響，既要有目標(biāo)地減輕汽車(chē)自身的重量，又要保證汽車(chē)行駛的安全性、耐撞性、抗振性及舒適性，同時(shí)汽車(chē)本身的造價(jià)不被提高，以免給客戶(hù)造成經(jīng)濟(jì)上的壓力。 車(chē)輛輕量化是節(jié)能減排的重要手段，實(shí)現(xiàn)輕量化對(duì)乘用車(chē)來(lái)說(shuō)，可以直接提高燃油經(jīng)濟(jì)性，高強(qiáng)度材料的使用還可提高安全性；對(duì)商用車(chē)，可以有效提高單位承運(yùn)能力和平均燃油效率。當(dāng)然，對(duì)于重型汽車(chē)來(lái)說(shuō)，這些優(yōu)越性更能充分體現(xiàn)出來(lái)。材料顯示：汽車(chē)自重每減少10%，油耗約降低6%～

15、8%、排放降低5%—6%；車(chē)橋、變速器等裝置的傳動(dòng)效率提高10%，燃油效率可提高3%；而燃油消耗每減少1升，二氧化碳的排放量減少2.45kg。當(dāng)前汽車(chē)技術(shù)發(fā)展中，輕量化技術(shù)的應(yīng)用水平已經(jīng)成為企業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品水平的重要衡量標(biāo)志之一。 1.2 輕量化技術(shù)的發(fā)展 汽車(chē)輕量化的技術(shù)內(nèi)涵是：采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和有效手段對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，或使用新材料在確保汽車(chē)綜合性能指標(biāo)的前提下，盡可能降低汽車(chē)產(chǎn)品自身重量，以達(dá)到減重、降耗、環(huán)保、安全的綜合指標(biāo)。 汽車(chē)輕量化技術(shù)包括汽車(chē)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和輕量化材料的使用兩大方面。一方面汽車(chē)輕量化與材料密切相關(guān)；另一方面，優(yōu)化汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的有效途徑

16、。與汽車(chē)自身質(zhì)量下降相對(duì)應(yīng)，汽車(chē)輕量化技術(shù)不斷發(fā)展，主要表現(xiàn)在： (1)輕質(zhì)材料的使用量不斷攀升，鋁合金、鎂合金、鈦合金、高強(qiáng)度鋼、塑料、粉末冶金、生態(tài)復(fù)合材料及陶瓷等的應(yīng)用越來(lái)越多； (2)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和零部件的模塊化設(shè)計(jì)水平不斷提高，如采用前輪驅(qū)動(dòng)、高剛性結(jié)構(gòu)和超輕懸架結(jié)構(gòu)等來(lái)達(dá)到輕量化的目的，計(jì)算機(jī)輔助集成技術(shù)和結(jié)構(gòu)分析等技術(shù)也有所發(fā)展。 車(chē)輛輕量化是減少原材料的消耗、降低車(chē)輛的生產(chǎn)成本、減少排放的最有效措施之一 。對(duì)于重型汽車(chē)，車(chē)架自重和其所占整車(chē)重量比例均較大。因此減輕車(chē)架自重對(duì)車(chē)輛輕量化研究具有重要的意義。本文以汽車(chē)車(chē)身材料的選擇和車(chē)架的優(yōu)化設(shè)計(jì)為重點(diǎn)研究了汽車(chē)車(chē)架輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化

17、設(shè)計(jì)問(wèn)題 ，給出了參數(shù)化優(yōu)化數(shù)學(xué)建模，并結(jié)合某汽車(chē)車(chē)架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，給出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 ，在保證原車(chē)架承載能力的前提下使其重量減輕約11%。 2. 汽車(chē)車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)的材料選擇 2.1．高強(qiáng)度鋼是占主導(dǎo)地位的輕量化材料 2.1.1 高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用及技術(shù)難點(diǎn) 盡管輕金屬材料、塑料、復(fù)合材料等近年來(lái)在汽車(chē)上的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，但高強(qiáng)度鋼以其在成本、安全、制造工藝等方面的優(yōu)勢(shì)，依然是首選的輕量化材料。以某自主品牌白車(chē)身為例，其車(chē)身沖壓件高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用比例為46.5%，車(chē)體（不含四門(mén)兩蓋）高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用比例為43%，主要使用了如下高強(qiáng)度鋼：180BH、220BH、P180、P230、ST28

18、0、340LA、590R、TRIP600、TRIP800、590Y 、780Y 、SS400、SAPH440、980Y（進(jìn)口）等。圖1顯示目前各種材料在汽車(chē)制造中的百分比。由圖可見(jiàn)，鋼鐵材料約占汽車(chē)重量的60%。 圖1.汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)材料使用比例 但是，高強(qiáng)度鋼應(yīng)用的技術(shù)難點(diǎn)在于成形技術(shù)。十年前，高強(qiáng)度鋼成形的主要問(wèn)題是與范性應(yīng)變相關(guān)的縮頸與開(kāi)裂問(wèn)題，控制要點(diǎn)是使零件的應(yīng)變程度低于臨界應(yīng)變。而目前高強(qiáng)度鋼成形的主要問(wèn)題，則是與彈性應(yīng)力及應(yīng)力釋放相關(guān)的零件尺寸精度和回彈問(wèn)題，見(jiàn)圖2。具體來(lái)講，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSS）成形過(guò)程中的主要問(wèn)題為： （1）變形過(guò)程中出現(xiàn)加工硬化，屈服強(qiáng)度提高，

19、流變應(yīng)力較 （2）由于零件厚度減小，因而不易保持形狀； （3）缺少補(bǔ)償回彈的模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。 圖2.鋼板的典型力學(xué)性能 表1. 開(kāi)發(fā)材料的力學(xué)性能 為了解決這些問(wèn)題，對(duì)超高強(qiáng)度鋼（AHSS）零件模具的設(shè)計(jì)和選材極為關(guān)鍵。表1給出了高強(qiáng)度鋼的發(fā)展目標(biāo)。在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，要特別注意兩個(gè)突出和三個(gè)關(guān)注。兩個(gè)突出是，要突出考慮模具結(jié)構(gòu)的高壓承受力，突出考慮模具的回彈補(bǔ)償功能。三個(gè)關(guān)注是，要關(guān)注模具基體的剛性與韌性，防止失效；關(guān)注模具表面硬化，防止磨損；關(guān)注模具表面粗糙度，保證零件表面質(zhì)量。在進(jìn)行模具材料選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮諸多因素，包括： （1）鋼板強(qiáng)度、厚度及表面復(fù)層； （2）模

20、具結(jié)構(gòu)、可制造性和可加工性、曲率； （3）有效潤(rùn)滑； （4）零件成本等。 2.1.2高強(qiáng)度鋼的熱成形技術(shù) 汽車(chē)設(shè)計(jì)中，兼顧輕量化和碰撞安全性的一個(gè)重要手段是采用高強(qiáng)度輕量化材料。因此各類(lèi)汽車(chē)用板的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的關(guān)系就成為了汽車(chē)輕量化材料選擇的一個(gè)重點(diǎn)。如圖3.但是，目前還難以生產(chǎn)出滿(mǎn)足這一強(qiáng)度級(jí)別的雙相鋼和TRIP鋼，即便能夠生產(chǎn)出來(lái)，在這樣高的強(qiáng)度下，沖壓構(gòu)件的回彈和模具的磨損等問(wèn)題也難以解決。于是，熱成形高強(qiáng)度馬氏體鋼及相應(yīng)的成形工藝和應(yīng)用技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前凡是達(dá)到U-NCAP碰撞4星或5星級(jí)水平的乘用車(chē)型，其安全件（A、B、C三柱和保險(xiǎn)杠防撞梁、門(mén)防撞桿、保險(xiǎn)杠防沖柱等）大都

21、采用了抗拉強(qiáng)度1500MPa、屈服強(qiáng)度1200MPa的馬氏體鋼。對(duì)高強(qiáng)度鋼的熱成形技術(shù)，我們需要重點(diǎn)關(guān)注的是用鋼選擇、熱成形用鋼的表面鍍層、模具設(shè)計(jì)和熱成形零件的檢測(cè)問(wèn)題。用鋼選擇是保證熱成形零件性能的重要一環(huán)。目前，世界上熱成形零件用鋼幾乎都選用硼鋼種，因?yàn)槲⒘康呐穑˙）可以有效地提高鋼的淬透性，可以使得零件在模具中以適宜的冷卻速度，獲得所需的馬氏體組織，從而保證零件的高的強(qiáng)度水平。 IF—無(wú)間隙原子鋼;Mild—低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼;HSSIF—高強(qiáng)度IF鋼;BH—烘烤硬化鋼;IS—各向同性鋼;CMn—碳錳鋼;HSLA—高強(qiáng)度低合鋼;DP—雙相鋼;CP—復(fù)相鋼;TRIP—相變誘發(fā)塑性鋼; M

22、art—馬氏鋼; TWIP— 孿晶誘發(fā)塑性鋼; Stainless—不銹鋼; B steel—熱沖壓用鋼 圖3各類(lèi)汽車(chē)用板的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的關(guān)系 常用的鋼種包括：Mn-B系（上海寶鋼開(kāi)發(fā)）熱成形用鋼、Mn-Mo-B系（北美、歐洲等多用此系列）、Mn-Cr-B系（高淬透性熱成形鋼）、Mn-Cr系（部分馬氏體熱成形鋼）、Mn-W-Ti-B系（如韓國(guó)POSCO 公司開(kāi)發(fā)的高烘烤硬化細(xì)晶粒熱成形鋼）。由于熱成形過(guò)程是重新加熱到奧氏體區(qū)的過(guò)程，為避免或減少加熱過(guò)程的氧化，需要對(duì)熱成形鋼進(jìn)行表面鍍層。目前開(kāi)發(fā)的用于熱成形的鍍層板包括：鍍Al板、鍍Al-Si合金板和鍍Zn板等。韓國(guó)POSCO鋼鐵公

23、司正在開(kāi)發(fā)納米鍍層板，以提高鍍層的結(jié)合力，防止鍍層在加熱和成形淬火過(guò)程中剝落。福特汽車(chē)在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中還說(shuō)明，Al-Si鍍層的金屬間化合物相為AlxFeySiz，鍍層上層金屬間化合物為Al60-70Fe30-40Si10+微量其它元素，而鍍層下層金屬間化合物則為Al50-60Fe45-55?？紤]到成本問(wèn)題，有時(shí)也采用非鍍層板、熱軋板或冷軋板。圖4表現(xiàn)了我國(guó)汽車(chē)用鍍鋅板和高強(qiáng)度鋼量占白車(chē)身重量的比例。 圖4我國(guó)汽車(chē)用鍍鋅板和高強(qiáng)度鋼量占白車(chē)身重量比例圖 2.2鋁合金是最有希望取代鋼鐵材料的輕量化材料 鋁材料的很多特點(diǎn)使其適宜于在汽車(chē)上應(yīng)用： （1）重量輕，僅為鋼材的1/3，因而可提高車(chē)輛

24、有效載荷比例； （2）強(qiáng)度、韌性高，接近于鋼； （3）耐腐蝕性能好，氧化鋁是天然的防腐屏障，不需涂層或襯套，不污染運(yùn)輸貨物； （4）易于擠壓成形； （5）低溫性能優(yōu)異； （6）物理性能優(yōu)良，包括優(yōu)良的表面反射性能和熱傳導(dǎo)性能、無(wú)磁性、不產(chǎn)生火花、無(wú)毒等； （7）良好的可再生性。 在轎車(chē)上，鋁合金材料被大量用于結(jié)構(gòu)件、車(chē)身空間框架和車(chē)身覆蓋件。其中結(jié)構(gòu)件包括：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、保險(xiǎn)杠系統(tǒng)、散熱器、空氣壓縮機(jī)活塞、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、懸架零件、制動(dòng)零件、驅(qū)動(dòng)軸、座椅支架、車(chē)身結(jié)構(gòu)件及零件、車(chē)輪、后罩板、懸架支架、儀表板結(jié)構(gòu)件、風(fēng)周邊結(jié)構(gòu)件、電子分配系統(tǒng)等。就鋁合金在商用車(chē)上的應(yīng)用，有一實(shí)例顯示，通

25、過(guò)使用鋁合金，鉸接式載貨車(chē)可平均減重811公斤，其結(jié)果是每使用一公斤鋁合金可使車(chē)輛使用壽命期間CO2排放量減少29.1公斤，使車(chē)輛全生命周期內(nèi)CO2排放量減少27.5公斤。又如瑞典SCANNIA的一款牽引車(chē)，通過(guò)對(duì)駕駛室、車(chē)體裝飾件、車(chē)罩蓋、散熱器、保險(xiǎn)杠、引擎、變速箱殼體、輪轂、燃料罐、懸架、框架縱梁、橫梁、車(chē)門(mén)等使用鋁合金，共可減重1137公斤。鋁合金在客車(chē)上可以應(yīng)用的部件包括：底盤(pán)結(jié)構(gòu)件、外覆蓋件、行李廂門(mén)、傳動(dòng)軸套、油箱、鍛造鋁輪轂、后廂蓋板、內(nèi)裝鋁制型材、車(chē)頂蒙皮、透光天窗框架、熱交換系統(tǒng)、致光鋁覆蓋板、框架、裝飾條等。相對(duì)于使用鋼鐵材料，在商用車(chē)上使用鋁合金主要有三方面優(yōu)勢(shì)： （

26、1）可減輕整車(chē)重量，從而帶來(lái)提高有效載荷、降低燃油消耗、提高制動(dòng)性能、降低整車(chē)重心提高安全性、降低對(duì)路橋的損壞、提高輪胎壽命等效果； （2）可減少防腐維護(hù)費(fèi)用，因?yàn)椴辉傩枰獓娡枯d貨平板或載貨廂，板料有切痕和刮傷時(shí)也不致生銹，易于清洗并保持美觀(guān)； （3）可設(shè)計(jì)額外的美觀(guān)裝飾，如設(shè)計(jì)光亮的裝飾件、 保險(xiǎn)杠、 油罐、踏板等。軋制鋁合金板用于商用車(chē)上的不同用途時(shí)，產(chǎn)品類(lèi)型及主要性能要求也有所不同。 表2軋制鋁合金板在商用車(chē)上的用途、產(chǎn)品類(lèi)型及主要性能要求 2.3 塑料和復(fù)合材料 與相同結(jié)構(gòu)性能的鋼材相比，塑料和復(fù)合材料一般可減輕部件的重量在35％左右。低密度與超低密度片狀成型復(fù)合材料的發(fā)

27、展提供了更多的潛力，在重量減輕與強(qiáng)度方面達(dá)到甚至超過(guò)了鋁材，整體成本通常更低。 塑料是由非金屬為主的有機(jī)物組成的，具有密度小、成型性好、耐腐蝕、防振、隔音隔熱等性能，同時(shí)又具有金屬鋼板不具備的外觀(guān)色澤和觸感。目前，塑料大都使用在汽車(chē)的內(nèi)外飾件上，如儀表板、車(chē)門(mén)內(nèi)板、頂棚、副儀表板、雜物箱蓋、座椅及各類(lèi)護(hù)板、側(cè)圍內(nèi)襯板、車(chē)門(mén)防撞條、扶手、車(chē)窗、散熱器罩、座椅支架等。而后逐漸向結(jié)構(gòu)件和功能件擴(kuò)展。例如發(fā)電機(jī)及其相關(guān)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。塑料也在向制作車(chē)身覆蓋件方向發(fā)展。 ????復(fù)合材料即纖維增強(qiáng)塑料，是一種增強(qiáng)纖維和塑料復(fù)合而成的材料。常用的是玻璃纖維和熱固性樹(shù)脂的復(fù)合材料。增強(qiáng)用的纖維除玻璃外

28、，還有高級(jí)的碳纖維、合成纖維。復(fù)合材料作為汽車(chē)材料具有很多優(yōu)點(diǎn)：密度小、設(shè)計(jì)靈活美觀(guān)、易設(shè)計(jì)成整體結(jié)構(gòu)、耐腐蝕、隔熱隔電、耐沖擊、抗振等。目前玻璃鋼復(fù)合材料的應(yīng)用非常廣泛，尤其在歐美車(chē)系中。其中尤以SMC和GMT的應(yīng)用最為廣泛。曼、雷諾、沃爾沃、奔馳、依維柯、達(dá)夫等歐洲重型卡車(chē)制造商的駕駛室材料中，都大量選用了SMC。在國(guó)內(nèi)，SMC材料在汽車(chē)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是商用汽車(chē)領(lǐng)域。中國(guó)重汽、陜西重汽、福田歐曼、重慶紅巖等主要重型卡車(chē)制造商，其駕駛室的制造都不同程度地采用了SMC材料。 2.4 其他輕量化材料 ??????? 精細(xì)陶瓷是繼金屬、塑料之后發(fā)展起來(lái)的第3大類(lèi)材料。其發(fā)展史只有

29、20年左右，但具有優(yōu)良的力學(xué)性能(高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕、耐磨損等)和化學(xué)性能(耐熱沖擊、耐氧化、蠕變等)。作為輕量化材料用于汽車(chē)零件，不僅直接起到輕量化的作用，更因其優(yōu)良的耐熱性、耐腐蝕性和耐磨性，用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及熱交換器等零件，使功率提高，油耗大大下降，從節(jié)能角度看則間接地起到輕量化效果。蜂窩夾層材料是早已在飛機(jī)上采用的材料，其最大特點(diǎn)是剛性高、比強(qiáng)度高、密度低。目前應(yīng)用在汽車(chē)上的實(shí)例還不多，但應(yīng)用研究在不斷前進(jìn)，將來(lái)會(huì)較多地得到運(yùn)用。??? 3 汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)的分析 3.1．輕量化設(shè)計(jì)的分析原則 概括起來(lái)，輕量化設(shè)計(jì)是四個(gè)方面的集成，一是不同專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)的集成，即是設(shè)計(jì)、分析、工

30、藝、材料等不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)的集成；二是不同材料優(yōu)勢(shì)的集成，即根據(jù)不同零部件的性能要求采用適宜的材料；三是不同加工工藝和加工方法的優(yōu)勢(shì)集成，即根據(jù)零部件和材料特點(diǎn)采用適宜的加工工藝和加工方法；四是綜合考慮零件性能和整車(chē)性能的集成，從而達(dá)到輕量化、高性能、低成本的效果。因此，當(dāng)我們?cè)u(píng)價(jià)一個(gè)產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮功能、減重和成本等三方面內(nèi)容。所謂功能，即要滿(mǎn)足一定的法律法規(guī)要求，如滿(mǎn)足一定的碰撞法規(guī)要求；所謂減重，即要達(dá)到一定的減重效果；所謂成本，即功能和減重必須在一定的成本控制前提下來(lái)實(shí)現(xiàn)。舉例來(lái)說(shuō)，某兩個(gè)輕量化白車(chē)身用材及在功能、減重和成本上的比較見(jiàn)表3。 表3某兩個(gè)輕量化白車(chē)身用材及在

31、功能、減重和成本上的比較 3.2 減重：輕量化評(píng)價(jià)參量 寶馬公司提出了輕量化系數(shù)的概念，作為評(píng)價(jià)車(chē)輛輕量化的參量，其定義為： 其中，L為輕量化系數(shù)；MGer為白車(chē)身重量（不包括車(chē)門(mén)和覆蓋件）；Ct為白車(chē)身（包括玻璃）的靜扭剛度，也可取該值的2/3，此時(shí)必須保證裝好的擋風(fēng)玻璃上的載荷可以承受，因?yàn)楦弑砻胬瓚?yīng)力會(huì)引起擋風(fēng)玻璃損壞；A為輪距與軸距相乘的面積。由于乘用車(chē)輕量化的重點(diǎn)是白車(chē)身、覆蓋件和懸掛系統(tǒng)，當(dāng)從不同角度評(píng)價(jià)一個(gè)產(chǎn)品的輕量化水平時(shí)，Ct的取值應(yīng)不同。當(dāng)側(cè)重以車(chē)輛的NVH性能評(píng)價(jià)輕量化參量時(shí)，Ct值取一階彎曲或扭轉(zhuǎn)的固有頻率值；當(dāng)側(cè)重以輕量化的覆蓋件評(píng)價(jià)輕量化參量時(shí)，Ct值

32、取抗凹性指標(biāo)值；當(dāng)側(cè)重以輕量化的懸架系統(tǒng)評(píng)價(jià)輕量化參量時(shí)，Ct值取彈簧的剛度和疲勞壽命。 圖5.Ct值的選取 3.3．性能：滿(mǎn)足各類(lèi)碰撞法規(guī) 白車(chē)身的動(dòng)態(tài)剛度、靜態(tài)剛度及其他特性與車(chē)輛的被動(dòng)安全密切相關(guān)，是優(yōu)化車(chē)身抗沖擊能力并滿(mǎn)足各類(lèi)碰撞法規(guī)的基礎(chǔ)。圖6展示了各類(lèi)碰撞法規(guī)。 圖6各類(lèi)碰撞法規(guī) 3.4輕量化與成本的關(guān)系 成本是輕量化設(shè)計(jì)中的重要因素。輕量化結(jié)構(gòu)材料往往伴隨半成品成本、制造裝配成本和維修成本的提高，因此輕量化必須以成本可接受度為前提。從下圖（圖7）可以看出，通過(guò)考慮幾何尺寸、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、載荷大小、使用條件等輕量化設(shè)計(jì)手段可以使零件的重量和成本同時(shí)下降一定的幅度

33、，如圖中從A點(diǎn)到B點(diǎn)所示。若想進(jìn)一步減重，則必須同時(shí)應(yīng)用輕量化材料和輕量化設(shè)計(jì)兩種手段，如圖中從B點(diǎn)到C點(diǎn)。由于從B點(diǎn)到C點(diǎn)的減重過(guò)程伴隨著成本的上升，最終的減重程度將取決于對(duì)成本的可接受度，即每減重一公斤所增加的成本的可接受度，從而確定C點(diǎn)的位置，即減重的最大限度點(diǎn)。此外，減重的程度還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及其他物理特性。 圖7輕量化與成本的關(guān)系示意圖 4 運(yùn)用CAE技術(shù)進(jìn)行某微型客車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)的分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 4.1 CAE技術(shù) CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程分析）技術(shù)的興起及應(yīng)用，滯后于CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）技術(shù)，尤其在汽車(chē)工業(yè)以及機(jī)械行業(yè)。當(dāng)前，在中國(guó)汽車(chē)行業(yè)CAD技術(shù)已廣泛得到應(yīng)用，在產(chǎn)

34、品設(shè)計(jì)過(guò)程中已經(jīng)擯棄手工繪圖的時(shí)代，將企業(yè)中的圖紙信息數(shù)字化，大大節(jié)省成本。CAE技術(shù)在國(guó)外大型企業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)的發(fā)展應(yīng)用剛剛起步。本文首先計(jì)算了靜力撓度，靜態(tài)彎曲、扭轉(zhuǎn)剛度，然后求解了固有模態(tài)，并在此基礎(chǔ)上獲得典型道路激勵(lì)下的瞬態(tài)響應(yīng)，此外，還對(duì)車(chē)架典型薄壁梁結(jié)構(gòu)的耐撞性吸能特性進(jìn)行研究，配合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的改進(jìn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了滿(mǎn)足輕量化要求的靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，彰顯CAE技術(shù)在汽車(chē)研發(fā)過(guò)程中的作用日益重要。 4.2動(dòng)力學(xué)分析 動(dòng)力學(xué)分析一般是指載荷作用歷程與時(shí)間有密切關(guān)系的問(wèn)題類(lèi)型，以下包括模態(tài)分析與道路激勵(lì)下瞬態(tài)響應(yīng)分析。 4.2.1模態(tài)分析 表4表明第一階固有

35、頻率出現(xiàn)在18.198Hz，由于車(chē)身與車(chē)架在整車(chē)中是緊固聯(lián)接的，不考慮車(chē)架與車(chē)身出現(xiàn)共振的危險(xiǎn)，而應(yīng)當(dāng)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)與車(chē)架共振的危險(xiǎn)，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)與車(chē)架是懸置聯(lián)接，發(fā)動(dòng)機(jī)的爆發(fā)頻率為16～20 Hz；常用車(chē)速爆發(fā)頻率為33.3～50 Hz，車(chē)身第一階模態(tài)12.922Hz，第二階模態(tài)19.661Hz，有可能發(fā)生共振。 路面不平度對(duì)汽車(chē)運(yùn)動(dòng)所引起的激勵(lì)多屬于20 Hz 以下的垂直振動(dòng)，有激起車(chē)架一階扭轉(zhuǎn)共振的可能，但考慮到車(chē)身與車(chē)架的剛性聯(lián)結(jié)可抑制該階振型，還需要進(jìn)行整車(chē)模態(tài)的分析。 表4 各階模態(tài)列表 模態(tài)階次 固有頻率（Hz） 模態(tài)類(lèi)型 1 18.198 一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)（繞x軸） 2

36、 31.720 側(cè)向彎曲模態(tài)（繞z軸） 3 34.023 垂向彎曲模態(tài)（繞y軸） 4 40.761 二階扭轉(zhuǎn)模態(tài)（繞y軸） 5 49.077 局部模態(tài)（第六根地板橫梁） 6 50.226 局部模態(tài) 7 50.871 局部模態(tài)（第二根地板橫梁） 8 52.426 局部模態(tài)（第一根地板橫梁） 9 57.690 扭轉(zhuǎn)模態(tài)（繞z軸） 4.2.2道路激勵(lì)下瞬態(tài)響應(yīng)分析 模擬車(chē)架滿(mǎn)載工況下受到搓板路中的一個(gè)小坡激勵(lì)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，位移激勵(lì)設(shè)置在兩前輪的懸架彈簧底部，模擬兩前輪的過(guò)坡過(guò)程。路面尺寸依據(jù)定遠(yuǎn)總后試車(chē)場(chǎng)搓板路給出，路面激勵(lì)為半正弦波形，坡高20

37、mm，波長(zhǎng)400mm，車(chē)速定為20km/h，車(chē)架承載14088.1N，重力加速度g。 車(chē)輛在搓板路上行駛時(shí)，兩前輪同時(shí)被抬起或落下，在前輪處受沖擊載荷，車(chē)架受慣性力作用產(chǎn)生彎曲。前懸、后懸用彈簧單元COMBIN14模擬。后懸底部均為全約束，前懸的14個(gè)彈簧單元底部節(jié)點(diǎn)約束除過(guò)UZ方向的其他五個(gè)自由度，UZ自由度作為位移激勵(lì)用，將一個(gè)半正弦小坡分為6個(gè)載荷步，寫(xiě)入6個(gè)載荷步文件，每個(gè)載荷步內(nèi)定義10個(gè)子步，時(shí)步大小為0.002s，載荷步如圖8，激勵(lì)非對(duì)稱(chēng)是想檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果會(huì)不會(huì)在后兩個(gè)載荷步上出現(xiàn)突變，驗(yàn)證本模型的正確性。 圖8位移激勵(lì)曲線(xiàn) 分別取出縱梁上五個(gè)不同部位的節(jié)點(diǎn)結(jié)果，進(jìn)行結(jié)果

38、察看，位移曲線(xiàn)如圖9，由于車(chē)架結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，約束對(duì)稱(chēng)，載荷對(duì)稱(chēng)，位移激勵(lì)對(duì)稱(chēng)，所以，節(jié)點(diǎn)選取左縱梁還是右縱梁，結(jié)果出入不大。 在激勵(lì)點(diǎn)之后的各點(diǎn)起初的位移出現(xiàn)了負(fù)值，表明車(chē)架縱梁發(fā)生彎曲變形產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，縱梁中部區(qū)域的變形是單調(diào)遞增變化，表明彎曲變形以車(chē)架上后懸前端約束位置為中心，圖中出現(xiàn)的曲線(xiàn)交匯點(diǎn)表明，此時(shí)刻車(chē)架整體有相同的位移，前縱梁已處于回落階段，后縱梁由于相位差仍在上升階段。 圖9縱梁節(jié)點(diǎn)位移曲線(xiàn) 最大應(yīng)力出現(xiàn)的時(shí)刻在0.06s時(shí)，即位移激勵(lì)最大時(shí)，應(yīng)力最大出現(xiàn)在后縱梁上后懸架前端附近部位，最大值為3.3Mpa，前縱梁上節(jié)點(diǎn)與其他部位上節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力走勢(shì)不同，總是有一個(gè)相位差存在；在位

39、移曲線(xiàn)的交匯點(diǎn)附近，出現(xiàn)了應(yīng)力谷，因?yàn)榇藭r(shí)，前后縱梁有相同位移，相當(dāng)于車(chē)架的各個(gè)部位沒(méi)有相對(duì)位移，也就沒(méi)有相對(duì)的變形產(chǎn)生，所以，此時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)幾乎趨于零值，同時(shí)，這也是由于第5載荷步的突變使然。 橫梁上的位移變化走勢(shì)與縱梁相應(yīng)部位走勢(shì)一致，第3至第8根橫梁位移是單調(diào)遞增的，第9、10兩根橫梁出現(xiàn)了位移的負(fù)值，第1、2兩根橫梁在區(qū)間上存在一個(gè)極大值，證明了彎曲的旋轉(zhuǎn)中心在靠近后懸前端約束的縱梁部位；位移的最大值出現(xiàn)在最后一根橫梁上。 在激勵(lì)的最后時(shí)刻，無(wú)論是縱梁還是橫梁，其應(yīng)力都會(huì)有很大的反彈，并且超過(guò)第一個(gè)峰值，達(dá)到最大值，表明搓板路工況下，并非激勵(lì)最大時(shí)是危險(xiǎn)時(shí)刻，而是在車(chē)過(guò)完坡后的回落

40、階段，會(huì)出現(xiàn)最大的應(yīng)力，10.02Mpa處于安全許用范圍；應(yīng)力曲線(xiàn)上，應(yīng)力谷的出現(xiàn)再次說(shuō)明在0.08s-0.09s之間存在突變，表征了此模型的正確性。 圖10縱梁節(jié)點(diǎn)應(yīng)力曲線(xiàn) 綜觀(guān)整體，最大應(yīng)力出現(xiàn)在第3載荷步的結(jié)束時(shí)刻0.06s，整個(gè)過(guò)坡過(guò)程中，車(chē)架的平均應(yīng)力維持在1~10Mpa水平左右。此種工況下車(chē)架承受彎曲變形，最大的應(yīng)力危險(xiǎn)出現(xiàn)在第6載荷步的激勵(lì)回落時(shí)刻，最大應(yīng)力有10Mpa，車(chē)架結(jié)構(gòu)完全可以滿(mǎn)足要求。 4.3 靜力分析 靜力分析是在載荷作用點(diǎn)恒定，加載速度緩慢或者為零，加載量值緩慢變化或保持恒定情況下，計(jì)算結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變、位移的過(guò)程，靜力分析在設(shè)計(jì)過(guò)程中必不

41、可少，它將提供結(jié)構(gòu)在靜力條件下的性能。 4.3.1靜撓度分析 在進(jìn)行滿(mǎn)載下車(chē)架垂向撓度分析時(shí)，將前后懸架用彈簧單元簡(jiǎn)化模擬，賦予剛度，一端聯(lián)接在車(chē)架上，另一端固定約束。前懸架以及后懸架的前彈簧單元定義為一維，只在Z軸方向有變形運(yùn)動(dòng)，而后懸架后彈簧單元定義為二維，因?yàn)榘寤珊蠖嗽试S有縱向的位移，可在XZ平面做變形運(yùn)動(dòng)。車(chē)架所承受載荷來(lái)自車(chē)架以上部分的自重，載荷為14088.1N。由于是承載式車(chē)身，所以將該載荷均勻作用在車(chē)架的前后縱梁和地板橫梁上，共366個(gè)加載點(diǎn)。 圖11結(jié)果表明，車(chē)架前部的撓度大于后部，最大值有76.1mm，最小值僅有8.4mm（包括懸架位移）。在滿(mǎn)載下，車(chē)架的大部分是低應(yīng)

42、力狀態(tài)，應(yīng)力值114.1pa，表明此種車(chē)型的設(shè)計(jì)滿(mǎn)載值是合理的，車(chē)架的狀態(tài)良好。 圖11垂向撓度von-Mises等效應(yīng)力云圖 4.3.2 車(chē)架彎曲剛度分析 進(jìn)行彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度分析時(shí)，不考慮懸架的影響。 在前懸約束所有自由度，后懸板簧的前端部位約束UX、UY、UZ；板簧的后端部位僅約束側(cè)向位移UY和繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度ROTZ。載荷施加在前后縱梁聯(lián)接處的節(jié)點(diǎn)上，共24個(gè)加載節(jié)點(diǎn)，載荷大小為1000N。為了避免誤差取這24個(gè)位移的平均值，作為撓度，依據(jù)材料力學(xué)公式，求得車(chē)架的抗彎剛度值CB。 計(jì)算得彎曲剛度為，與相關(guān)文獻(xiàn)（6.28×105 Nm2）對(duì)比，本車(chē)架彎曲剛度值偏小，原因

43、在于本車(chē)架是承載式車(chē)身車(chē)架，車(chē)身要承擔(dān)很大一部分的抵抗剛度。圖12為位移云圖。 圖12彎曲結(jié)果位移云圖 4.3.3 扭轉(zhuǎn)剛度分析 對(duì)于輕型客車(chē)的扭轉(zhuǎn)工況我國(guó)沒(méi)有硬性規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，參照客車(chē)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)匯編上的大型客 車(chē)電測(cè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，其約束方式是將四個(gè)車(chē)輪都用墊板墊成一樣的高度，然后撤去右前輪的墊板，使車(chē)輪下沉240mm或480mm。 在右前輪中心處設(shè)置位移邊界條件，使指定節(jié)點(diǎn)向下沉降480mm。右前懸釋放，左前懸以及后懸的前端約束UX、UY、UZ三個(gè)線(xiàn)位移和ROTZ，釋放其沿X、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度ROTX、ROTY，后懸的后端僅約束UY與ROTZ。 扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算依據(jù)材料力學(xué)公式：，其中

44、L為前輪距，F(xiàn)為所施加垂向載荷，h為沿載荷作用點(diǎn)的垂向位移，CT單位為Nm/°。計(jì)算所得剛度為： 本車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度比較高，在輕型客車(chē)車(chē)架中比較突出，由于其橫梁密布，在抵抗扭轉(zhuǎn)變形的過(guò)程中作用很大。 4.4 優(yōu)化設(shè)計(jì) 綜合以上分析，可以找出車(chē)架的薄弱環(huán)節(jié)以及薄弱工況，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。很明顯，該車(chē)架的彎曲剛度相比較而言略小，遂選擇在彎曲工況下進(jìn)行車(chē)架的輕量化優(yōu)化分析。 采用ANSYS7.0參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言（APDL）進(jìn)行分析，為進(jìn)行車(chē)架輕量化設(shè)計(jì)，擬對(duì)前縱梁等8個(gè)厚度為2mm的部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，其厚度相對(duì)比較大，存在進(jìn)行輕量化的設(shè)計(jì)空間，并且考慮到制造工藝的條件，對(duì)其他更薄的部件再進(jìn)行減

45、厚，會(huì)存在工藝難度，增加成本。 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型為： min{wt（thck）} s.t. max_str≤210 0.001≤thck≤0.003， 其中，thck為8個(gè)部件的厚度，max_str為車(chē)架最大von-Mises等效應(yīng)力值，wt為車(chē)架整體質(zhì)量。 采用一階優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，由于設(shè)計(jì)空間比較小，得到一組符合要求的結(jié)果，在滿(mǎn)足應(yīng)力要求下，其重量減輕了約4kg，厚度變?yōu)?.0017639m，基本滿(mǎn)足了預(yù)先的要求。在滿(mǎn)足車(chē)架彎曲剛度的條件下，使車(chē)架的重量進(jìn)一步減輕5.9%，對(duì)提高該車(chē)型的燃油經(jīng)濟(jì)性很有幫助。車(chē)架最大應(yīng)力提高到174Mpa，小于材料屈服極限210Mpa，彎

46、曲、扭轉(zhuǎn)剛度的驗(yàn)算值如表5，經(jīng)過(guò)輕量化設(shè)計(jì)的車(chē)架安全系數(shù)為1.2。 表5優(yōu)化結(jié)果 變量名 優(yōu)化前 優(yōu)化后 max_str（pa） 0.13839E+09 0.17399E+09 thck（m） 0.20000E-02 0.17639E-02 wt（kg） 62.476 58.797 CB（Nm2） 1.06E+05 1.02E+05 CT（Nm/°） 2726.9 2596.2 5 結(jié)束語(yǔ) 綜上所述，輕量化是汽車(chē)發(fā)展的一個(gè)恒久主題，隨著新理念、新材料、新工藝的發(fā)展，汽車(chē)輕量化不僅可以為節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)，也將會(huì)為汽車(chē)制造商和汽車(chē)用戶(hù)帶來(lái)顯著的收益

47、，具有經(jīng)濟(jì)和社會(huì)雙重效益。同時(shí)，輕量化又是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，高強(qiáng)度鋼和鋁合金的大量應(yīng)用和更先進(jìn)的加工技術(shù)讓我們的輕量化目標(biāo)變得清晰且可實(shí)現(xiàn)，但必須從理性角度平衡好輕量化與成本的關(guān)系、輕量化與滿(mǎn)足整車(chē)碰撞安全要求的關(guān)系。 計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）的方法將隨著中國(guó)汽車(chē)工業(yè)的逐步強(qiáng)大越來(lái)越被重視，分析的能力也將越來(lái)越增強(qiáng)，在提高自主研發(fā)能力上CAE工具將大有作為，將為中國(guó)汽車(chē)企業(yè)降低開(kāi)發(fā)成本，迅速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，本文成功應(yīng)用ANSYS7.0分析某微型客車(chē)的各種工況，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化與改進(jìn)，取得了良好的效果，積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，提高運(yùn)用CAE分析的能力。 在這次設(shè)計(jì)中雖然存在不少問(wèn)題，但是收

48、獲也是頗豐的，在這次設(shè)計(jì)中我認(rèn)識(shí)到了自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，更加清楚的了解自己，這樣就可以在以后的學(xué)習(xí)和工作中發(fā)揚(yáng)優(yōu)點(diǎn)，克服缺點(diǎn)。在本次設(shè)計(jì)中感覺(jué)收獲了不少知識(shí)，把一些原先學(xué)過(guò)并忘記的知識(shí)又從新復(fù)習(xí)和掌握，另外查閱了大量資料擴(kuò)大了知識(shí)面，豐富了自己，增強(qiáng)了自己的分析問(wèn)題的能力和實(shí)際動(dòng)手能力。這都是在平時(shí)的學(xué)習(xí)中不能學(xué)到的。 另外，由于我個(gè)人的能力和水平有限，設(shè)計(jì)中難免會(huì)出現(xiàn)失誤和紕漏，望老師給予批評(píng)與指正。 6 參考文獻(xiàn) [1].馬　迅, 盛勇生. 車(chē)架剛度及模態(tài)的有限元分析與優(yōu)化. 客車(chē)技術(shù)與研究. 2004,26(4):8~11 [2].段敏,付鐵軍等.L

49、Z6400輕型客車(chē)行駛的平順性及后懸架的改進(jìn)設(shè)計(jì).吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版).2002,32(3):48~52 [3].羅開(kāi)玉,李伯全等. 輕型客車(chē)懸架機(jī)構(gòu)模擬研究. 機(jī)械設(shè)計(jì)與研究. 2003.19(2):66~68 [4].Mahmood H F , Paluszny A. Design of thin walled columns for crash energy management-Their strength and mode of collapse. SAE Paper No.811302. [5].陳波,劉延林. 輕型客車(chē)車(chē)架動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變特性分析. 洛陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào).2002,1

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51、2]　沈浩 , 陳昌明 ,等 .客車(chē)車(chē)身輕量化分析 [J ]1客車(chē)技術(shù)與研究 ,2003, (3):8210. [13]　王國(guó)強(qiáng)，實(shí)用工程數(shù)值模擬技術(shù)及其在 ANSYS上的實(shí)踐 [M ]1西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社 ,1999. [14] 蔡春源主編. 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)第3版. 北京： 冶金工業(yè)出版社，1995年10月 [15] 吳宗澤主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè). 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2001年5月 [16].朱西產(chǎn)，鐘榮華.薄壁直梁件碰撞性能計(jì)算機(jī)仿真方法的研究.汽車(chē)工程.2000,22(2):85~89 7 謝 辭 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的查資料、整理材料、寫(xiě)作論文，今天終于可以順利的完成

52、論文的最后謝辭了，想了很久，要寫(xiě)下這一段謝詞，表示可以進(jìn)行畢業(yè)答辯了，自己想想求學(xué)期間的點(diǎn)點(diǎn)滴歷歷涌上心頭，時(shí)光匆匆流逝，四年多的努力與付出，隨著論文的完成，終于讓學(xué)生在大學(xué)的生活，得以劃下了完美的句號(hào)。 論文得以完成，首先要感謝臨沂大學(xué)工學(xué)院的老師，因?yàn)檎撐氖窃陧n老師的悉心指導(dǎo)下完成的。韓老師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，精益求精的工作作風(fēng)，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。起初我選擇了無(wú)級(jí)變速器的研究，限于所學(xué)，寫(xiě)出來(lái)的只是一篇文章，所以在韓老師的幫助下，我重新選擇了這個(gè)論文題目，因此本論文從選題到完成，每一步都是在韓老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了韓老師的大量心血。在

53、此，特向韓廣偉老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！ 通過(guò)此次的論文設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)，跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學(xué)的體制束縛；在論文的寫(xiě)作過(guò)程中，通過(guò)查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力，并且由原先的被動(dòng)的接受知識(shí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的尋求知識(shí)，這可以說(shuō)是學(xué)習(xí)方法上的一個(gè)很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式下，我們可能會(huì)記住很多的書(shū)本知識(shí)，但是通過(guò)畢業(yè)論文，我們學(xué)會(huì)了如何將學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會(huì)了怎么更好的處理知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的問(wèn)題。 總之，此次論文的寫(xiě)作過(guò)程，我收獲了很多，即為大學(xué)四年劃上了一個(gè)完美的句號(hào)，也為將來(lái)的人生之路做好了一個(gè)很好的鋪墊。 26