汽车车身结构性能概述

汽车车身结构性能概述概述•今天，车身作为汽车的重要组成部分，在很大的程度上影响汽车的商品价值和销售•近20年，随着车速的提高，人们对汽车安全性、舒适性、经济性、可靠性和耐久性的要求愈来愈高•能源的紧缺和激烈的市场竞争，迫使车身结构轻量化、低成本；并引发材料业与制造业的日新月异，促使设计理念和设计方法的不断改进概述•我国：–逐渐走自主开发的道路–车身结构设计：基于功能的设计→面向性能的设计•强调应用CAD/CAE核心技术驱动设计•车身性能–安全性–NVH性能–耐久性–强度、轻量化–可制造性–生产效率和生产精度等企业对车身结构设计师的要求•传统–构造、计算、布置、试验方面的专业人才–具有扎实的在基础理论和专业技术知识•现代/将来车身结构设计概述•车身结构设计之前已完成工作–汽车总体设计–车身总布置设计–车身外形和内饰设计车身结构设计概述•车身结构设计–完成构成车身的结构件的形状、尺寸、材料、以及结构件之间联接关系，实现车身结构功能、性能的设计–车身结构设计的主要内容•功能设计，安装、固定、连接、密封等，如支撑发动机、变速箱等•性能设计，如安全性、噪音控制等–静刚度：扭转和弯曲–静强度:大的外覆盖件–动刚度:模态、频率–碰撞强度（乘员和行人保护）–成本–NVH–防腐–重量–适用法规传统车身结构设计步骤1.确定车体的构件组成，分出主要、次要件，其目标是：使车体成为一个连续的完整的受力系统2.确定主要杆件的截面型式-闭或开式3.确定截面的构成方式、与其它部件的配合关系、密封和外形的要求、内、外装饰板的固定方法以及相关的制造方法4.绘制截面过渡草图5.化分分总成，分块6.应力计算7.绘制零件图现代车身结构性能设计•以结构动力学原理和优化方法作为白车身结构设计基础•抓住目标性能，从产品选型，各项指标的确立，到综合性能的考虑，并行工程的实施（工艺、制造、材料、供应商等的确立）；从概念设计、初步设计到详细设计的各个阶段；从力学模型的建立到各阶段结束所必须的验证；每一个里程碑的完成和继续，都要采用当前的先进方法和手段•借鉴国外先进汽车生产企业车身开发的理论、方法、技术、手段和流程车身结构设计的基本约束和目标强度：车身结构必须能够承受在其整个使用寿命周期内可能遇到的所有静力和动力负荷使用：必须提供一个舒适惬意的车内空间、满意的行驶平顺性、操纵稳定性以及对大自然的影响的抵御能力，满足各种环境下的使用要求振动、噪声：必须提供对车内外噪音源的吸声、隔声轻量化：重量轻，需要能量最小安全：提供对乘员、行人的安全保护材料：所用材料来源丰富，价格低廉，便于高效率地制造和装配，能再循环和使用车身结构设计准则•基本的强度、耐久性要求•乘客满意度准则：平顺性、噪声环境•安全准则：–减少伤害的可能性–将乘员被从车内抛出的可能性降至最小–保证与安全有关的零件有足够的强度–将失火的危险降至最低–乘员能方便地逃逸•整车结构–48.3km/h正面固定壁障冲击（MVSS204、MVSS212、301）•转向机向后位移•挡风玻璃安装条•燃料系的完整性–48.3km/h后面移动壁障冲击（MVSS301）–32.2km/h侧向移动壁障冲击（MVSS301）–车顶撞压抗力试验车身结构设计准则•车门零部件–侧门强度（MVSS214）–门锁组件（MVSS206）•保险杠组件–8km/h的纵向摆锤撞击–5km/h的30度角摆锤撞击–8km/h的纵向障碍物撞击•座位组件–头部保护装置(MVSS202)–座位总成(MVSS207)–座椅安全带固定装置(MVSS210)现代汽车车身结构分析方法•包括数值模拟与实验分析方法•数值模拟方法主要是有限元法–依据技术资料建立车身结构有限元分析模型，再应用有限元分析软件计算和分析车身结构的静态和动态特性指标，甚至进行优化设计分析和试验仿真分析–可以在车身结构开发初期就分析、预测和优化结构静态和动态特性指标，从而在产品试制或生产之前就尽可能避免各种设计缺陷，提高设计质量和成功率–有限元方法的精度取决于模型、工况和分析方法，取决于对有限元基本知识的理解、软件应用和工程经验车身结构CAE分析现代汽车车身结构分析方法•现代实验分析法主要是电测法–应用传感器、测量和分析仪器，对车身实物（白车身结构、零部件等）进行支承、加载和测试–实验分析方法信息虽然没有数值分析方法充分，但它更直观可信，是数值分析模型验证的主要手段车身结构设计的发展历史•自行车--汽车的技术先驱–第一种大量生产、用于人员运输的机器–1816-1818首次将两轮车的思想变为实物–1885年，现代自行车的基本型在商业上获得成功–由此出现的种种变革的要求为汽车的出现奠定了基础•向自己驱动的车辆过渡–三轮电能驱动车–蒸汽机驱动的四轮车–内燃机驱动的车–荷兰人ChristiaanHuygens、法国人EtienneLenoir、德国人NicholasA.Otto、英国人Lanchester–根据基本原理进行功能性设计–钢管铜焊构成车架…车身结构设计的发展历史•大量生产时期（1900-1927年）–大约五百多家汽车生产公司–1929年，产生了“设计”车身结构以使汽车有较轻重量的“需要”–1900年，出现了第一个金属车身专利–主体仍然是木、钢结构的车身•美观和舒适的时期（1927-1956年）–提出了对汽车的基本需求–经济、耐久、可靠–舒适、吸引人–操纵、使用安全车身结构设计的发展历史•1926年开始出现车身造型设计的实践–借助于试验和其它的一些基本工具，对车身结构进行了有效的设计–汽车的基本结构已定型•安全时期（1956-1970）–着重考虑如何减轻汽车碰撞后的后果–美国颁布了安全法规–结构设计仍然以实验方法为主，开始研究计算分析的理论和工程方法•计算机结构分析时期（1970年以后）–特定构件的应力计算–有限元方法