導(dǎo)語：轎車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:轎車車身是轎車的重要組成部分，整車的產(chǎn)品性能很大一部分取決于車身的性能，因此，轎車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在汽車制造工業(yè)中的重要性不言而喻。本文對(duì)汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)以及有限元模型進(jìn)行了簡(jiǎn)單的論述，對(duì)汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析。

關(guān)鍵詞:轎車車身;有限元模型;優(yōu)化設(shè)計(jì)

現(xiàn)如今，轎車已經(jīng)成為了我們生活中必不可少的交通工具。一個(gè)國(guó)家的汽車制造水平，也一定程度上反映了這個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)水平。在發(fā)達(dá)國(guó)家，汽車的普及率非常高，平均每個(gè)家庭擁有2－3輛不同的轎車，然而，在中國(guó)，汽車的普及率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家。由于汽車在我國(guó)的巨大市場(chǎng)潛力以及汽車制造行業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大力推動(dòng)，汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱型產(chǎn)業(yè)。［1］但是，我國(guó)現(xiàn)在汽車制造業(yè)的制造水平，與發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車制造水平相比，仍然存在比較大的差距。而車身又是汽車組成中相當(dāng)重要的一部分，車身的好壞會(huì)對(duì)汽車本身產(chǎn)生直接影響，因此，如何優(yōu)化設(shè)計(jì)汽車車身結(jié)構(gòu)，成為了一個(gè)非常重要的命題。

1汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)整車的影響

汽車車身對(duì)于整車結(jié)構(gòu)來說，處于相當(dāng)重要的地位，無論是重量還是制造成本，都在整車當(dāng)中占了極大的比重。一輛車的美觀性，舒適性以及安全性需要由車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)來決定，車的操作的穩(wěn)定性和動(dòng)力性需要由車身結(jié)構(gòu)的外形以及特性來決定，由此可見，汽車車身的發(fā)展，決定了汽車整車的發(fā)展。

2現(xiàn)代汽車車身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)要求

(1)輕量化是目前車身設(shè)計(jì)中的主流。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，能夠設(shè)計(jì)出質(zhì)量更輕便，成本更低的汽車，已經(jīng)成為了一種強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)手段。(2)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最優(yōu)先考慮的舒適性和安全性。目前承載式車身結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為車身設(shè)計(jì)中的主流，主要原因就是這種結(jié)構(gòu)不僅能給駕駛者帶來舒適的駕駛感受，同時(shí)也能給予駕駛者一定程度上安全的保障。(3)憑借現(xiàn)代汽車開發(fā)技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，需要盡可能縮短車身結(jié)構(gòu)的開發(fā)周期?？s短整車的開發(fā)周期，對(duì)于汽車制造商來說，不僅能夠極大地節(jié)省研發(fā)成本，還能在瞬息萬變的市場(chǎng)中，提高自己的生存能力。(4)設(shè)計(jì)與分析并行。在汽車設(shè)計(jì)的過程中，車身結(jié)構(gòu)分析全程貫穿其中，在設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行分析，這樣設(shè)計(jì)出來的方案，無需再做太大的改動(dòng)。車身的開發(fā)周期又被大大的縮短了。(5)無時(shí)無刻不在優(yōu)化的思想。隨著人們生活水平的不斷提高，消費(fèi)者對(duì)于汽車各項(xiàng)性能方面的要求不斷提高，這也促使了汽車生產(chǎn)商需要不斷地提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力，在設(shè)計(jì)中引入優(yōu)化的設(shè)計(jì)思想。(6)現(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要滿足如下幾個(gè)方面的要求:車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能要求;理想的碰撞特性;輕量化和低成本;遵循總布置尺寸約束;基于平臺(tái)的系列設(shè)計(jì);滿足車身制造要求，易于維護(hù)和拆裝方便。［2］

3有限元

3．1概念及應(yīng)用

在汽車CAD/CAE技術(shù)中，有限元分析方法和軟件技術(shù)非常的重要。汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)它進(jìn)行性能研究以及設(shè)計(jì)的優(yōu)化，有限元是最合適的選擇。在工程技術(shù)方面，對(duì)于不規(guī)則的幾何體，支撐情況比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及零部件的計(jì)算和分析，有限元都有著相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)檫@些優(yōu)勢(shì)，它在多種交通工具的設(shè)計(jì)中都能得到普遍的應(yīng)用。

3．2有限元運(yùn)用在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中

汽車的車身對(duì)于整車來說，非常重要，但是它的制作需要的材料和制造模具需要的成本都很高，之后的改變?cè)煨鸵埠芾щy。所以需要在設(shè)計(jì)的初期用有限元的方法對(duì)車身的結(jié)構(gòu)以及需要的零部件進(jìn)行計(jì)算，算出它的使用強(qiáng)度的使用壽命，極大地減輕了人力物力財(cái)力，因此車身結(jié)構(gòu)有限元方法在汽車生產(chǎn)商中非常受歡迎。有限元建模在汽車結(jié)構(gòu)中主要起到了簡(jiǎn)化汽車結(jié)構(gòu)的幾何模型、確定制造所需要的材料的屬性、單元的選擇以及網(wǎng)格的劃分、用來連接和裝配有限元的模型的作用。汽車結(jié)構(gòu)的有限元模型一般分為板殼的單元模型、梁的單元模型和板梁結(jié)合的單元模型這三種。

3．3有限元建模的基本流程

如果要用有限元進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，首先要建造有限元的汽車模型，建立不同的模型，最后分析出來的結(jié)果也不一樣，因此有限元分析結(jié)果的可信用程度，最終是由建立的分析模型決定的。在建立模型的時(shí)候，既要準(zhǔn)確的反應(yīng)汽車的實(shí)際特性和結(jié)構(gòu)，又要盡可能的簡(jiǎn)化，這樣才可以保證在花費(fèi)最少的計(jì)算資源的情況下得出最精確的結(jié)果。一般有兩種建模方法:一是用CAD軟件建立整個(gè)的CAD模型，然后將模型中單個(gè)的零件的文件轉(zhuǎn)變成CAE能夠識(shí)別的格式，將其導(dǎo)入CAE中，經(jīng)過修正以及網(wǎng)格的劃分，得到單個(gè)的CAE模型。另一種方法是利用CAE軟件中的建模功能直接在CAE中建立與實(shí)際尺寸相同大小的零件模型，然后通過同樣的方法來得到整個(gè)結(jié)構(gòu)的CAE模型［3］。如果要制造復(fù)雜的曲面造型，用CAD造型軟件會(huì)比CAE軟件更方便一些。

4車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)是一門新型的學(xué)科，可以建利用有限元分析方法，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從被動(dòng)的校驗(yàn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的改善設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的快速性和準(zhǔn)確性，可以大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，從而提升產(chǎn)品的質(zhì)量。結(jié)構(gòu)優(yōu)化現(xiàn)在大部分都采用準(zhǔn)則法。準(zhǔn)則法提出優(yōu)化設(shè)計(jì)要滿足的一些準(zhǔn)則，用迭代法來求出滿足這些準(zhǔn)則的解。［4］優(yōu)化準(zhǔn)則法最突出的特點(diǎn)就是迭代次數(shù)少，而且設(shè)計(jì)變量的增加對(duì)其影響不大，所以計(jì)算效率很高，同時(shí)也有利于編程。但是它在建立迭代公式的過程中要經(jīng)常引入一些假設(shè)，這些假設(shè)常常與研究的問題的特點(diǎn)有關(guān)，所以它的通用性也受到了一些限制。

5結(jié)語

車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，和有限元的建模分析工作，涉及了各方面的專業(yè)知識(shí)，包括材料學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、優(yōu)化理論等等。而且由于國(guó)內(nèi)關(guān)于這方面的研究工作剛剛起步，自主開發(fā)缺乏經(jīng)驗(yàn)，能力較弱。因此在汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，在我國(guó)還有相當(dāng)大的發(fā)展空間。本文對(duì)汽車車身機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)以及有限元模型的一些基本論述，以及車身優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的討論，對(duì)我國(guó)的汽車制造工業(yè)的發(fā)展，具有一定的參考價(jià)值。

作者:史笑夫 郭薔 單位:華晨汽車工程研究院

參考文獻(xiàn):

［1］高書娜．轎車車身結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)技術(shù)研究［D］．重慶:重慶大學(xué)，2006．

［2］陳洪亮．轎車車身結(jié)構(gòu)力學(xué)特征及輕量化設(shè)計(jì)［D］．武漢:武漢理工大學(xué)，2009．

［3］雷明準(zhǔn)．轎車車身剛度分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究［D］．合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2009．

［4］張勝?。I車車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性研究與設(shè)計(jì)優(yōu)化［D］．武漢:武漢理工大學(xué)，2010．