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1、汽車車身結(jié)構(gòu)性能概述 概述 今天，車身作為汽車的重要組成部分，在很大的 程度上影響汽車的商品價(jià)值和銷售 近 20年，隨著車速的提高，人們對(duì)汽車安全性、 舒適性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和耐久性的要求愈來(lái)愈 高 能源的緊缺和激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，迫使車身結(jié)構(gòu)輕 量化、低成本；并引發(fā)材料業(yè)與制造業(yè)的日新月 異，促使設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法的不斷改進(jìn) 概述 我國(guó)： 逐漸走自主開發(fā)的道路 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：基于功能的設(shè)計(jì) 面向性能的設(shè)計(jì) 強(qiáng)調(diào)應(yīng)用 CAD/CAE核心技術(shù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 車身性能 安全性 NVH性能 耐久性 強(qiáng)度、輕量化 可制造性 生產(chǎn)效率和生產(chǎn)精度等 企業(yè)
2、對(duì)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的要求 傳統(tǒng) 構(gòu)造、計(jì)算、布置、試驗(yàn)方面的專業(yè)人才 具有扎實(shí)的在基礎(chǔ)理論和專業(yè)技術(shù)知識(shí) 現(xiàn)代 /將來(lái) 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前已完成工作 汽車總體設(shè)計(jì) 車身總布置設(shè)計(jì) 車身外形和內(nèi)飾設(shè)計(jì) 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 完成構(gòu)成車身的結(jié)構(gòu)件的形狀、尺寸、材料、以及結(jié)構(gòu)件之間聯(lián) 接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)功能、性能的設(shè)計(jì) 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 功能設(shè)計(jì)，安裝、固定、連接、密封等，如支撐發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等 性能設(shè)計(jì)，如安全性、噪音控制等 靜剛度：扭轉(zhuǎn)和彎曲 靜強(qiáng)度 : 大的外覆蓋件 動(dòng)剛度 : 模態(tài)、頻率
3、碰撞強(qiáng)度（乘員和行人保護(hù)） 成本 NVH 防腐 重量 適用法規(guī) 傳統(tǒng)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟 1. 確定車體的構(gòu)件組成，分出主要、次要件，其目標(biāo)是：使 車體成為一個(gè)連續(xù)的完整的受力系統(tǒng) 2. 確定主要桿件的截面型式 -閉或開式 3. 確定截面的構(gòu)成方式、與其它部件的配合關(guān)系、密封和外 形的要求、內(nèi)、外裝飾板的固定方法以及相關(guān)的制造方法 4. 繪制截面過(guò)渡草圖 5. 化分分總成，分塊 6. 應(yīng)力計(jì)算 7. 繪制零件圖 現(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì) 以結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理和優(yōu)化方法作為白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 抓住目標(biāo)性能，從產(chǎn)品選型，各項(xiàng)指標(biāo)的確立，到綜合性能 的考慮，并行工程的
4、實(shí)施（工藝、制造、材料、供應(yīng)商等的 確立）；從概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段；從 力學(xué)模型的建立到各階段結(jié)束所必須的驗(yàn)證；每一個(gè)里程碑 的完成和繼續(xù)，都要采用當(dāng)前的先進(jìn)方法和手段 借鑒國(guó)外先進(jìn)汽車生產(chǎn)企業(yè)車身開發(fā)的理論、方法、技術(shù)、 手段和流程 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本約束和目標(biāo) 強(qiáng)度 ：車身結(jié)構(gòu)必須能夠承受在其整個(gè)使用壽命周期內(nèi)可能遇到的所有靜 力和動(dòng)力負(fù)荷 使用 ：必須提供一個(gè)舒適愜意的車內(nèi)空間、滿意的行駛平順性、操縱穩(wěn)定 性以及對(duì)大自然的影響的抵御能力，滿足各種環(huán)境下的使用要求 振動(dòng)、噪聲 ：必須提供對(duì)車內(nèi)外噪音源的吸聲、隔聲 輕量化 ：重量輕，需要能量最小 安全 ：提
5、供對(duì)乘員、行人的安全保護(hù) 材料 ：所用材料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，便于高效率地制造和裝配，能再循 環(huán)和使用 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 基本的強(qiáng)度、耐久性要求 乘客滿意度準(zhǔn)則： 平順性、 噪聲環(huán)境 安全準(zhǔn)則： 減少傷害的可能性 將乘員被從車內(nèi)拋出的可能性降至最小 保證與安全有關(guān)的零件有足夠的強(qiáng)度 將失火的危險(xiǎn)降至最低 乘員能方便地逃逸 整車結(jié)構(gòu) 48.3km/h正面固定壁障沖擊（ MVSS204、 MVSS212、 301） 轉(zhuǎn)向機(jī)向后位移 擋風(fēng)玻璃安裝條 燃料系的完整性 48.3km/h后面移動(dòng)壁障沖擊（ MVSS301） 32.2km/h側(cè)向移動(dòng)壁障
6、沖擊（ MVSS301） 車頂撞壓抗力試驗(yàn) 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 車門零部件 側(cè)門強(qiáng)度（ MVSS214） 門鎖組件（ MVSS206） 保險(xiǎn)杠組件 8km/h的縱向擺錘撞擊 5km/h的 30度角擺錘撞擊 8km/h的縱向障礙物撞擊 座位組件 頭部保護(hù)裝置 (MVSS202) 座位總成 (MVSS207) 座椅安全帶固定裝置 (MVSS210) 現(xiàn)代汽車車身結(jié)構(gòu)分析方法 包括 數(shù)值模擬 與 實(shí)驗(yàn)分析 方法 數(shù)值模擬方法主要是 有限元 法 依據(jù)技術(shù)資料建立車身結(jié)構(gòu)有限元分析模型，再應(yīng)用有限元分析軟 件計(jì)算和分析車身結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)，甚
7、至進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) 分析和試驗(yàn)仿真分析 可以在車身結(jié)構(gòu)開發(fā)初期就分析、預(yù)測(cè)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 指標(biāo)，從而在產(chǎn)品試制或生產(chǎn)之前就盡可能避免各種設(shè)計(jì)缺陷，提 高設(shè)計(jì)質(zhì)量和成功率 有限元方法的精度取決于模型、工況和分析方法，取決于對(duì)有限元 基本知識(shí)的理解、軟件應(yīng)用和工程經(jīng)驗(yàn) 車身結(jié)構(gòu) CAE分析 現(xiàn)代汽車車身結(jié)構(gòu)分析方法 現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)分析法主要是 電測(cè) 法 應(yīng)用傳感器、測(cè)量和分析儀器，對(duì)車身實(shí)物（白車身結(jié)構(gòu)、零部件 等）進(jìn)行支承、加載和測(cè)試 實(shí)驗(yàn)分析方法信息雖然沒(méi)有數(shù)值分析方法充分，但它更直觀可信， 是數(shù)值分析模型驗(yàn)證的主要手段 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史 自行車 --汽車
8、的技術(shù)先驅(qū) 第一種大量生產(chǎn)、用于人員運(yùn)輸?shù)臋C(jī)器 1816-1818首次將兩輪車的思想變?yōu)閷?shí)物 1885年，現(xiàn)代自行車的基本型在商業(yè)上獲得成功 由此出現(xiàn)的種種變革的要求為汽車的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ) 向自己驅(qū)動(dòng)的車輛過(guò)渡 三輪電能驅(qū)動(dòng)車 蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪車 內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的車 荷蘭人 Christiaan Huygens、法國(guó)人 Etienne Lenoir、德國(guó)人 Nicholas A. Otto、英國(guó)人 Lanchester 根據(jù)基本原理進(jìn)行功能性設(shè)計(jì) 鋼管銅焊構(gòu)成車架 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史 大量生產(chǎn)時(shí)期（ 1900-1927年） 大約五百多家汽車生
9、產(chǎn)公司 1929年，產(chǎn)生了“設(shè)計(jì)”車身結(jié)構(gòu)以使汽車有較輕重量的“需要” 1900年，出現(xiàn)了第一個(gè)金屬車身專利 主體仍然是木、鋼結(jié)構(gòu)的車身 美觀和舒適的時(shí)期（ 1927-1956年） 提出了對(duì)汽車的基本需求 經(jīng)濟(jì)、耐久、可靠 舒適、吸引人 操縱、使用安全 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史 1926年開始出現(xiàn)車身造型設(shè)計(jì)的實(shí)踐 借助于試驗(yàn)和其它的一些基本工具，對(duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有效的設(shè)計(jì) 汽車的基本結(jié)構(gòu)已定型 安全時(shí)期（ 1956-1970） 著重考慮如何減輕汽車碰撞后的后果 美國(guó)頒布了安全法規(guī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍然以實(shí)驗(yàn)方法為主，開始研究計(jì)算分析的理論和工程方 法 計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)分析時(shí)期（ 1970年以后） 特定構(gòu)件的應(yīng)力計(jì)算 有限元方法
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