多材料结构汽车车身的轻量化设计研究.pdfVIP

汽车车身的轻量化技术问题，是目前世界各大汽车行业技术发展所要探讨的重点问题之

一，在进行研制的过程中，往往需要以质量和降低成本为主要约束条件。而使用多种材质汽

车就能够充分发挥不同材质的优点，切实做到物尽其用，对各种零部件选用恰当的加工材质，

确定优化结构。多种材质汽车设计对于日后汽车行业的设计将有着明显的指导作用，它预示

着今后汽车的设计总趋势。

01

汽车轻量化设计的概念及意义

汽车轻量化指的是在保证汽车强度、安全性的基础上，尽可能降低汽车的总质量，从而

提升汽车燃油效率、降低污染物排放量。车辆轻质化技术的方式可以分为车体材质轻质化、

车体构造轻质化这两个方式，通常情况下，全钢构造的汽车经过轻质化技术以后可以降低

7%的效率，采用1D铝合金材质可以给车辆提供百分之三十到百分之五十的轻质化效率，使

用活性炭纤维材质可以实现百分之五十以上的轻质化效果。轻量化材料的应用能够有效降低

汽车的重量，但是轻量化的材料通常比较贵，尤其是碳纤维材料，其价格达到了30万元/

吨，与普通低碳钢材料相比高出许多。由此可以看出，材料价格是制约汽车轻量化设计的重

要因素，汽车厂商应该适当引入轻量化材料，不断优化汽车车身结构，创新使用新型汽车生

产工艺，从而达到更好的轻量化设计效果。

汽车轻量化设计是全世界范围内汽车设计生产的重要方向，与环保相比有着同等重要的

地位。如今全球范围内的能源短缺问题越来越严峻，人类赖以生存的自然环境逐渐恶化，因

此人们必须增强环保意识，推动汽车产业的绿色环保、推动可持续发展。据有关资料显示，

汽车车身轻量化设计的效果越好，燃油效率越高。如果机动车整车重量减少10%，燃油效率

可提高6.8%；如果车辆的空气阻力降低约10%，燃料效率可提高约3%；如果车轴和变速器

等主要部件的重量增加10%，燃油效率将增加约7%；若汽车车身质量每降低约100公斤，则

二氧化碳的总排放量将降低约5g/Km。由此可见，多材料汽车车身的轻量化设计是缓解能源

短缺危机、抑制环境污染问题的重要举措。

02

汽车车身轻量化的技术现状以及发展趋势

考虑到作为主要测试对象的车身设计，通过检查如何将正确的材料应用于正确的部件，

并综合考虑车身的结构性能、质量和成本，来检查轻质多材料车身的制造方法。首先，阐述

了轻型汽车车身的研究背景和重要性，全面分析了轻型汽车的研究方法和发展现状，探讨了

轻型车身的重要性。并指出了深入研究材料光体设计方法的重要性，以及深入研究材料光体

材料的重要性。

2.1轻量化车体构造研究及改善方法

从二十一世纪开始，随着新兴产业科学技术的快速发展给很多领域都产生了影响，技术

研究与工程改造技术也越来越完善，它们在汽车车身设计中运用广泛，使得产品设计简化了

汽车构造的开发周期变为可能，进而减少了产品设计的周期。

这种基于有限元法的车身结构分析方法已成为现代车身优化设计技术的主要分析方法。

在早期阶段，车身结构优化分析主要基于数学理论和有限元方法的结合，并使用数学计算方

法建立车身结构优化模型。

然而，随着现代研究能力和结构手段的不断发展，以及现代理论的不断完善，车身结构

优化研究的范围也逐渐从模态设计层面转向整体结构性能优化项目阶段。

在本项目中，有限元分析与计算机辅助优化技术的结合是优化车身设计的有力手段。在

车身结构分析中，以车辆的每个部件为对象进行材料选择，然后进行深入研究。车身分为不

同的部分，如柱、板和加强梁，以及车身罩。所谓的车体承载部件主要包括车体结构的板片

以及支承在车体结构零部件的总和。由横梁和立柱共同形成了整个车辆的主车身骨架，从而

构成了车辆的整个框架结构，使整座车辆形成了一个完整的封闭车身。

设计的车辆结构中，以全载乘式车辆为主要的研究对象。而所谓全载乘式，是指设计要

求在车辆使用的环境中，在倾斜、扭曲和碰撞的环境中即便有轻微负荷改变之后，车辆结构

仍能随着可预见的负荷改变而减速，为乘员提供了一种安全的生存空间和保证了乘室结构的

整体性。承载式车身的汽车，在水平路面行驶中很稳定且固有频率小、噪音小、重量轻等特

点。当然，履带汽车底盘的刚度也远远低于有多架梁构造的非承载型汽车，当整车的四个轮

子间受力不平衡时，汽车也容易出现变形。并不是车身所有的材质硬度都越高越好，具体程

度还要看部件。如驾乘区的框架，要保证驾驶舱的空间尽可能地不扭曲，为了确保驾乘人员

安全，还需要使用高强度的建筑材料。而车前部和车尾的结构（如引擎盖、翼子板等），可

以吸收撞击力，也可以采用质量相对较小的钢