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浅谈以轻量化为主的专用汽车车身优化设计论文

浅谈以轻量化为主的专用汽车车身优化设计论文

目前我国仍然处于城市化与工业化同步加速的发展阶段，因此具

有产业链长、投资规模大、中间产品多、加工度高等特点，再加之我

国各类资源分布并不是很均匀，因此这些都为专用汽车产业的发展带

来了机遇，但专用汽车产业在获得迅速发展的同时，其自身存在的能

源消耗、生态环保以及交通安全等问题也日益凸显。因此专用汽车的

环保与节能如今也已经成为专用汽车工业的主要发展方向，而减轻专

用汽车车身自重，对专用汽车车身进行轻量化设计正是帮助汽车减少

油耗、减少排放以及提高汽车运输效率的有效办法之一。下面就如何

实现专用汽车车身轻量化的几种技术与方法展开研究探讨。

1应用新兴制造工艺实现专用汽车车身轻量化

应用新兴制造工艺来实现汽车车身轻量化，这里主要列举两种技

术，一是液压成形技术，一是喷射成形技术。其中液压成形技术作为

一种柔性成形技术，是指在冲压的时候将流体介质作为传力介质，以

此来取代传统刚性冲压中的凹模与凸模，以高压形式将流体介质冲入

需要成形的板料或管件的模具中，使板料或管件在模具内经液体压力

从而变形成为模具造型，最终成为汽车车身所需零部件形状。目前在

欧美日等汽车工业发达的西方国家，液压成形技术获得了广泛的应用，

一些大的汽车制造商甚至用液压成形技术直接取代了传统的冲压制造

技术，正是由于液压成形技术的广泛应用，不仅没有增加汽车车身零

部件的生产制造成本，而且能够减少零件数量，减轻汽车质量，因此

液压成形技术在汽车实际生产中有着非常好的应用价值。而喷射成形

技术(sparyforming)则是指将合金液流用高压惰性气体雾化成细小熔

滴，使其在高速气流中飞行以冷却，在其还未完全凝固之前被沉积成

坯件的一种技术，拥有所获材料组织均匀、晶粒细小以及可以抑制宏

观偏析等各种优点。喷射成形技术是把金属熔融、液态金属雾化、快

速凝固、喷射沉积成形集成在一个冶金操作流程中制成金属材料产品

的新工艺技术，在发展新材料、改革传统工艺、节约能耗、减少环境

污染、提升材料性能等方面发挥了重大作用。总之，与传统的粉末冶

金工艺以及铸锻工艺相比，喷射成形技术有着更高的应用价值。

2应用优化设计实现专用汽车车身轻量化

应用优化设计来实现汽车车身轻量化其中一个重要方法就是进行

汽车拓扑优化设计。所谓拓扑优化是指在一定空间区域内寻找到最为

合理分布材料的一种优化设计方法。这是一个迭代的过程，它能够通

过数次的迭代(主要包含有限元分析、灵敏度计算、修改材料分布这三

个步骤)，当材料的分布已经趋向最稳定、最优的时候，拓扑优化设计

结束。因此在汽车车身轻量化优化设计中应用拓扑优化设计，颠覆了

汽车传统的设计理念，给汽车设计人员开辟出了一条新的汽车优化设

计方法，并且给予了汽车设计人员要想实现汽车轻量化的精确、充分

的设计依据，使汽车设计能够保证在最优初始拓扑结构以及最优材料

分布下优化汽车车身的形状以及结构的尺寸，当汽车车身经过拓扑优

化后，能够显著提高汽车材料的利用率。总的来说，利用拓扑优化设

计来进行汽车设计，具有以下几点优点：一是可以改善汽车零部件的

结构设计，减薄汽车零部件的厚度，减轻汽车零部件的质量，提高材

料的利用率，减少材料的浪费;二是能够使汽车车上上一些不必要的复

杂结构在制造上得到简化，让这些复杂结构在生产制造的时候能够有

效提升其生产效率以及降低生产制造成本;三是能够有效避免汽车零件

设计可能存在的盲目性，也能够改善因模仿其他汽车零部件设计所存

在缺陷。

3应用新兴材料实现专用汽车车身轻量化

在空气质量日益恶化、汽车轻量化政策密集出台的形势背景下，

不论是新能源汽车还是传统汽车，都已经将汽车轻量化技术投向了更

加具有综合比较优势的铝合金材料上，全铝专用车、全铝商用车、全

铝轿车、全铝客车等等势必会成为汽车工业产品结构调整的发展趋势。

所以，铝合金作为一种理想的车身用轻质合金材料，目前在汽车工业

中获得了广泛的应用。铝合金车身有许多优点，不仅仅是在减轻车身

重量方面，重要的是减小燃油消耗，改善车辆的操纵性。因为铝的比

重大概为钢的三分之一，这就意味着当使用铝材料来制造汽车车身，

能够减轻汽车大约20%至30%左右的重量，重量的减轻自然意味着

汽车耗油量的降低。另外一个铝合金车身优于其他钢铁车身原因是它

的环保性能，首先铝材料在生产过程中可以减少污染排放，这主要是

由于99%