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汽车结构设计中轻量化设计的应用

摘要：随着人民群众生活水平的提高，汽车正成为民众出行的重要代步工具而

驶入寻常百姓的家庭之中。面对巨大的汽车需求，汽车制造企业必须注重采取有

利手段增强自身市场竞争力，而轻量化设计是汽车结构设计的新趋势。轻量化设

计技术的应用，不仅可降低汽车的自重，而且可降低燃料的使用，对环境保护可

起到积极的作用。汽车结构设计要求具有较高的刚度，同时考虑到节能环保、安

全方便。本文将对汽车结构设计中轻量化设计要点进行分析，以供参考。

关键词：汽车结构；轻量化设计；优势

引言：城市规模的不断扩大，为汽车的需求提供了机遇。当前，能源以及环

境问题，成为了制约社会发展的关键因素。因此，为了更妥善的解决能源问题，

改善环境质量，在汽车结构设计中融入轻量化设计，必须要引起众多汽车制造企

业的关注，同时下大力气对轻量化设计的应用进行探究，以提升汽车结构的刚度

为出发点，尽可能对汽车结构实施轻量化设计，对推动汽车制造业的发展可起到

十分重要的作用。

一、轻量化设计存在的优势

在汽车结构设计过程中，轻量化设计在其中的重要性越加显著，其存在的优

势也十分明显，下面将对轻量化设计存在的优势进行叙述。

、有1助于优化汽车结构设计

在设计汽车结构时，设计人员可使用夹芯板来提升汽车结构自身的强度，不

仅有助于降低原材料的浪费率，而且汽车自身重量也可实现减轻。

、有2助于优化零部件设计

轻量化设计的应用，可使汽车结构当中的零部件得到高度集成，集成化的零

部件在重量方面可以得到明显降低。另外，零部件通过集成设计与制造，其强度、

耐腐蚀性也会明显加强，有助于降低汽车使用的故障率。

、有3助于优化连接方式

轻量化设计的应用，可以使汽车结构中零部件的连接方式得到优化、并且随

着高科技材料使用量的增加，零部件的连接不仅更加可靠，汽车结构自重也会明

显降低。

二、汽车结构设计中轻量化设计的应用

在轻量化设计中，轻量化材料以及轻量化技术的应用是其中的两大组成部分，

下面将对此进行论述。

、汽车结构设计中1轻量化材料的应用

轻量化设计中高强度1.1钢的应用

毫无疑问，钢材料在汽车结构中的占比最多，所以降低钢材料在汽车结构中

的应用，无疑可显著降低汽车本体的自重。通常来说，可通过以下途径，对钢材

料实施轻量化设计。

加碳1.1.1强化

钢的强度与其中碳含量的不同存在一定差异，所以为了控制钢的强度，可通

过改变碳在钢材中的占比来实现。因此，在轻量化设计中，可提升珠光体在钢材

料中的占比，降低铁元素的含量，以此来使钢材料的强度获得提升。

合金1.1.2强化

将各类合金融合到钢中也能使钢强度得到极大的提高，并且合金元素不同，

钢性能也不相同。因此，在钢中添加种类不同的合金可以扩展钢的使用范围。

1.1.3固溶强化

在钢中融入锰元素、硅元素或磷元素等也能够有效提升钢的强度，这也是一

种提高钢性能的有效方法。

热处理强化1.1.4

通过温度的变化可以使得金属的物理结构有很大的改变，在冷热交替的条件

下，能够提升钢强度。此外，经过热处理也能够使得钢中碳元素以及其它元素百

分比有所改变，进而钢内部结构就会出现许多层各种性质的结构。

应力强化1.1.5

在钢受到相应的拉力作用以后，极有可能极大的提升其屈服强度。这是由于

钢材料在相应的应力作用后，其表面会有残存应力，残存的应力能够使得钢在使

用过程中所受的扭转和弯曲应力得以抵消，进而提升钢的性能。

轻量化设计中球墨铸铁的应用1.2

相同体积的球墨铸铁比钢的重量低，大概为钢重的90%，所以在进行汽车结

构设计过程中，应用球墨铸铁取代钢材料能够极大的减轻汽车车身的重量。现阶

段，全球范围内的汽车企业以及相应的研发部门都在进行实验，以求球墨铸铁可

以全面取代钢材料在汽车制造中的应用。此外，球墨铸铁还具有使许多零件集成

为一个零件的特点。

轻量化设计中1.3铝及铝合金的应用

通过适当比例的铝及铝合金来替换钢材料也可以在减轻汽车车身的重量，由

于铝及铝合金性能比钢差得多，所以应用也较为困难。当前，为了使得铝及铝合

金能够在汽车制造中得到广泛的应用，相关人员纷纷开始铝材料的研究：第一，