车身设计过程中，轻量化方法及实现方式

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车身轻量化方法
车身轻量化即采用现代设计方法和有效的手段对车身产品进行优化设计，或使用新型材料在确保车身综合性能指标的前提下，尽可能降低车身产品自身重量，以达到减重、降耗、环保、安全的综合目标。轻量化和小型化不同，它是指同一台车在同样尺寸或同一种车型在同样的汽缸容量的前提下重量的减轻。在减轻车身自身重量的情况下，既要保持车身原有的性能不受影响，又要保证车身行驶的安全性、耐撞性、抗振性及舒适性。一方面，车身轻量化与所用材密切相关。另一方面，优化结构设计也是实现车身轻量化的有效途径。结合白车身的轻量化要求，主要在以下几个方面对其进行研究。
车身的轻量化，就是经济的把恰当的轻质材料应用于相应的结构优化设计的车身构件上。主要有三条途径：一是对车身结构进行优化设计。即改进结构、减少零部件数量、使部件薄壁化、中空化、小型化、复合化以及内饰、发动机及底盘等所有车身零部件进行结构改进；二是采用轻质的金属和非金属材料。主要是指高强度钢、铝合金、镁合金、钛合金、工程塑料，复合材料等；三是采用先进的制造工艺，使用基于新材料加工技术而成的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、内高压成形（液压胀形）、半固态成形、金属基复合材料板、激光拼焊板成形等以达到轻量化目的。主要包括：结构设计技术、材料科学技术及制造工艺技术。
对车身零部件进行结构优化，在满足设计性能要求的前提下，以获得最轻结构设计。该方法主要优点是成本低且容易实现，尤其对于自重大、结构比较复杂的零件，这种方法有很大的应用空间。拓扑优化的过程是在一个设定的区域(设计区域)内，满足一定的边界条件(外载荷、特征频率等)的情况下，对材料进行重新分布，使设计获得预期的性能。结构拓扑优化和结构尺寸优化是车身优化的两种主要方法，将离散拓扑优化与结构尺寸优化相结合，对车身进行轻量化设计，
结合Hypermesh有限元前处理软件和Optistruct拓扑优化软件来实现多种优化方案的实现及比较。在具体的优化过程中，将首先使用有限元方法对需要轻量化的零件进行有限元离散化，在此基础上运用拓扑优化软件来实现罩板的结构轻量化，同时对轻量化后的结果进行有限元刚度和强度分析，以确定拓扑优化的合理性和可行性。
4  材料选择实现车身的轻量化
在使用材料方面通过材料替代或采用新材料来使车身轻量化，在替代材料方面，可使用铝镁轻合金等有色金属材料、塑料聚合物材料、陶瓷材料等密度小、强度高的轻质材料，或者使用同密度、同弹性模量且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢。按车身轻量化采用材料分类，研究各类实现轻量化材料在车身中的应用现状、存在的问题及发展趋势，材料的加工方法、工艺性及设备要求等。
目前，在国内外车身上应用较多的轻量化材料主要有以下几大类：
第一，有色合金材料。有色合金材料是车身轻量化中替代钢铁材料的主力。目前，在车身上使用越来越多的有色合金包括:铝合金、镁合金、铜合金、钛合金等，使用最广泛的是铝合金、镁合金。①铝合金:与钢铁相比，铝合金具有质量轻、耐腐蚀性好、易于加工等特点，但成本较高，是近二十年来在国内外车身上使用最多的轻量化材料。使用铝合金最大的缺点是焊接工艺性差;②镁合金:与钢铁相比，镁合金密度小(比铝还小)、易于加工、压铸经济、阻尼减振性和抗凹性好，其最突出的特性是比重轻，是铝合金的2/3，强度比铝合金高，与高强度金属结构钢相近。镁合金是当前最理想、重量最轻的金属结构材料，因而成为车身减轻自重，以提高其节能性和环保性的首选材料，但其铸造性差、后处理工艺复杂、成本较高。我国是全世界镁资源最丰富的国家，应用镁及镁合金无疑是我国车身轻量化的首选材料。
第二，非金属材料。用于车身的非金属材料有数十种产品，用量最大的当数塑料和复合材料。①塑料:与金属相比具有比重小、比强度高、耐腐蚀、能隔音隔热和吸收碰撞能量、易加工、成本低、外观装饰性好等优点，且制作能耗低。为节能降耗、提高车速、改进外观和舒适性、降低成本。②复合材料:主要有碳纤维增强树脂基复合材料、有机纤维复合材料等，具有密度小、比强度和比刚度较高、耐腐蚀、耐疲劳、易成型、易修复、节能、抗震、材料稠密性好等特点。
第三，高强度钢。高强度钢在轻量化材料中，与铝合金、塑料相比，高强度钢具有价格低、弹性模量高、刚性好、耐冲击性好、抗疲劳强度高等特点，缺点是耐腐蚀性差。
5  采用先进制造工艺以实现车身轻量化
具有轻质结构的承载式车身制造，将采用诸如激光切割、激光焊接、液压成型、模压成型等新技术，那么根据结构设计进行成型工艺和连接工艺分析是轻量化车身制造也是研究的重点。
6  车身轻量化制造新方法、新工艺的获取与应用。
对于各种材料的轻量化车身零部件，塑料件，研究零件接合工艺及加工设备，轻量化车身制造工艺知识及获取、表达及应用。

sookie

目前更多的是采用工程塑料替代金属的方式：
前端模块——塑料替代前端水箱梁等
防撞梁用玻纤增强塑料
门内板采用模块化塑料制品。
用到比较多的材料：ＰＰ＋ＧＦ３０～４０、ＧＭＴ等。

钟瑞auto

轻量化了，那安全呢？？

bestwolf

原帖由 sookie 于 12-10-2008 01:52 发表
目前更多的是采用工程塑料替代金属的方式：
前端模块——塑料替代前端水箱梁等
防撞梁用玻纤增强塑料
门内板采用模块化塑料制品。
用到比较多的材料：ＰＰ＋ＧＦ３０～４０、ＧＭＴ等。

防撞梁用玻纤增强塑料,门内板采用模块化塑料制品,能不能列举几个应用的例子？

瀚海过客

回复 3# 钟瑞auto


    轻量化是在安全性不降低的情况采用合理的结构优化设计和新型高强度材料，实现轻量化~~~

inspiron9300

安全和轻量化是不矛盾的，猛烈撞击下开坦克上街都不一定安全，我们看F1赛车，它的追求轻量化是到极致了，安全呢？300公里的时速下撞击驾驶员基本是安全的。我记得看过一篇文章说美军做过一个实验，坦克在300公里时速下撞击，坦克没什么事，人死定了。那么什么才是安全的车身结构---撞击后会溃缩，会缓解冲击的（当然还要保证驾驶舱的完整性）才是安全的车身。而且现在的欧规还有一条行人安全性---你不能只管自己安全还要负责撞的人的安全。

measure2009

其实我觉得，轻量化可以有许多地方可做，大方向不说，就单从焊接边下手就可以省下不少的重量，而且如果养成一种习惯，这种设计是不费脑子的！

坎儿

回复 7# measure2009


    对，同意，焊接边有时候整不好会增加很多重量的