汽车车身设计基础常识.doc

汽车车身设计基础知识 汽车车身设计基础知识 贵州工业大学 李少波 谢庆生 楚甲良 摘 要：通过应用实例对汽车车身设计新方法进行了探讨，讨论了一种并行汽车车身设计方法。应用此方法，对某中型客车车身进行了改型设计，并利用有限元、优化、可靠性等方法，对设计的可行性进行了分析。 关键词：车身设计；有限元方法；可靠性；优化 前 言 传统的汽车车身设计方法的整个过程是基于手工设计完成的。分为初步设计与技术设计两个阶段。其特点是整个过程是通过实物、模型、图纸、样板等来传递信息，至少进行1:5油泥模型、全尺寸油泥模型和样车制作等阶段; 还要进行1:5油泥模型、1:1全尺寸油泥模型、实车三次风洞试验; 还要进行车身原始数据保留的车身主图板、车身主模型制作。随着计算机技术的发展，高速图形终端和工作站的出现，引进了CAD/CAM等现代设计方法在车身设计中的应用。这种方法（传统的车身CAD方法）的一个主要工作是利用计算机辅助几何设计(CAGD)方法来进行车身几何造型设计，即要在计算机上建立一个车身表面模型以取代传统设计中的三维实体模型。但无论是传统的手工设计方法，还是传统的车身CAD设计方法，都免不了进行车身效果图绘制、车身油泥实物型模型制作等步聚，这就大大增加了设计开发的周期和成本。因此，建立一种汽车车身计算机辅助设计和分析的方法——虚拟样机设计方法意义重大。汽车车身采用虚拟样机的设计方法，是一种革新产品开发过程、缩短周期降低成本、改进产品设计质量、提高产品开发效率的有效途径。采用虚拟样机设计方法，在制造第一台物理样机之前，利用计算机模型可以仿真测试各种不同的设计方案，不必浪费制造物理样机所需的时间与经费，可以获得较优的乃至最优的设计方案；同时可以在计算机上方便地确定、修改设计缺陷，逐步优化设计方案，因此不但减少了昂贵的物理样机数量，而且提高了产品设计质量，大大缩短了产品的开发周期。 1 设计模型的建立 传统的汽车车身设计方法的整个过程是基于手工设计完成的。分为初步设计与技术设计两个阶段。其特点是整个过程是通过实物、模型、图纸、样板等来传递信息，至少进行1:5油泥模型、全尺寸油泥模型和样车制作等阶段; 还要进行1:5油泥模型、1:1全尺寸油泥模型、实车三次风洞试验; 还要进行车身原始数据保留的车身主图板、车身主模型制作。随着计算机技术的发展，高速图形终端和工作站的出现，引进了CAD/CAM等现代设计方法在车身设计中的应用。这种方法（传统的车身CAD方法）的一个主要工作是利用计算机辅助几何设计(CAGD)方法来进行车身几何造型设计，即要在计算机上建立一个车身表面模型以取代传统设计中的三维实体模型。但无论是传统的手工设计方法，还是传统的车身CAD设计方法，都免不了进行车身效果图绘制、车身油泥实物型模型制作等步聚，这就大大增加了设计开发的周期和成本。 由于传统车身设计方法的缺陷，我们利用CAD软件提供的强大的复合建模功能，探索了一种车身设计新方法，为缩短开发周期，降低开发成本作了一些努力，也为我们进行车身CAD新方法、新手段的探索，提供基础性的借鉴。首先在汽车产品规划提出的产品参数基础上，进行简单的车身总布置设计，确定汽车总长、总宽、总高、离地间隙、接近角、离去角、轮距、车门形状、位置等基本设计数据，建立车身三视图。在此基础上，利用CAD软件的建模功能展开设计、建模。具体的方法是：汽车新产品设计规划→车身总布局设计（三视图）→曲线建模设计（三视图）→车身各视图按轮廓线拉伸实体→作取交集的布尔运算→提取拟合车身曲面所需线条→线条转换和修改样条线→车身结构骨架设计。 利用以上方法，我们对某中型客车车身项目进行了开发设计，完成该车型设计方面的工作， 也节省了制作油泥模型等步骤的大量时间，降低了开发成本。该方法收到了良好的效果。 模型如图1所示。 2 设计可行性有限元分析 用有限元方法进行车身计算。首先要把工程上的车身转换成能为计算机输入所接受的计算上模型。即把车身实物（或图纸）抽象为一组由力学元件构成的模型，同时要给出载荷及支持状态的数学描述——这就是模型化工作。在结构简化过程中，坚持的总原则是：在尽可能如实地反映客车车身结构主要力学特性的前提下，力求用较少的单元和简单的单元形式。 对于半承载式客车车身，它保留了底盘车架，将车身结构构件刚性地与车架连接，使车身也参与整车承载，从而可以适当的减轻车架的质量和减少断面的尺寸，以达到合理利用材料的目的。这种车身与车架的连接一般是通过将车身骨架的立柱焊接在由车架纵梁两侧悬伸的牛腿上来实现的。所以分析时必须考虑客车的底架。由于整车车身结构复杂，必须对车身模型进行简化。客车的骨架结构由抗扭刚性很高的钢管构件焊接形成的空间框架。由前、后围骨架、底架、左右侧围骨架和顶盖骨架六部分组成。 根据客