汽車試驗(yàn)技術(shù) 課件 3.3.3 汽車剛度強(qiáng)度試驗(yàn)

項(xiàng)目三結(jié)構(gòu)剛度強(qiáng)度基本理論車身剛度設(shè)計(jì)的意義車身剛度對(duì)車身結(jié)構(gòu)功能可靠性的影響

車身剛度直接影響車身的承載功能。車身整體剛度低，將使車身的整體承載能力降低。車身的局部剛度低，將使車身局部變形增加，車身的局部安裝等功能喪失。車身剛度低，還直接影響的疲勞強(qiáng)度，使可靠性降低，局部的失效和整體的失效都將大大降低整體使用性能，使整體性能指標(biāo)降低。3.3.3汽車剛度強(qiáng)度試驗(yàn)的意義

車身洞口變形受車身剛度的影響最大。車身上的洞口主要有車門、車窗、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和行李艙等。車身洞口部分的變形大，會(huì)造成車門、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋和行他艙蓋開關(guān)困難，對(duì)灰塵和和雨水的密封性不好等不良狀況，引起車身結(jié)構(gòu)功能可靠性的失效。因此，車身洞口部分的變形在各種工況下都不能超過限值。車身洞口變形試驗(yàn)見圖3.1。圖3.1車身洞口剛度試驗(yàn)3.3.3

汽車剛度強(qiáng)度試驗(yàn)的意義

連續(xù)的車身振動(dòng)會(huì)造成車身結(jié)構(gòu)逐漸減弱并導(dǎo)致耐久性的問題。為了避免耐久性問題，車身必須有足夠的靜態(tài)彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度。圖3.2和圖3.3分別為車身彎曲剛度試驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)剛度試驗(yàn)現(xiàn)象。圖3.2車身彎曲剛度試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖3.3車身扭轉(zhuǎn)剛度試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)3.3.3

汽車剛度強(qiáng)度試驗(yàn)的意義

由于當(dāng)受到不平路面激勵(lì)時(shí)，彎曲載荷引起的車身應(yīng)力幅比扭轉(zhuǎn)載荷引起的小，所以，車身的扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)耐久性問題更重要。例如，SUV越野承受的不平路面激勵(lì)較大（見圖3.4），因此要求SUV車身和底盤具有更高剛度來提高耐久可靠性（見圖3.5）。圖3.5SUV應(yīng)具有高剛度車身和扎實(shí)的底盤圖3.4SUV承受的不平路面激勵(lì)3.3.3

汽車剛度強(qiáng)度試驗(yàn)的意義車身剛度對(duì)車身結(jié)構(gòu)安全性的影響

車身剛度直接影響車身的結(jié)構(gòu)安全性。車身整體剛度不合理，使車身的碰撞安全性降低，車身的剛度分配應(yīng)該遵循一定的規(guī)則。

在轎車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，轎車車身結(jié)構(gòu)安全性對(duì)車身剛度的要求：(a)在碰撞中，轎車結(jié)構(gòu)以可控制的方式變形，吸收沖擊動(dòng)能，而使乘坐空間不被侵入。(b)在碰撞中，通過犧牲駕駛室以外的結(jié)構(gòu)來減小傳至乘員的減速度和力。(c)在碰撞中，內(nèi)部吸能裝置，如轉(zhuǎn)向柱和儀表板，在乘員的沖擊下變形，以減輕二次碰撞(未受約束的乘員對(duì)汽車內(nèi)部的碰撞)。

3.3.3

汽車剛度強(qiáng)度試驗(yàn)的意義

一般來說，發(fā)動(dòng)機(jī)艙是正碰的吸能區(qū)，因此，剛度應(yīng)按照碰撞的要求使其變形最大限度地吸收碰撞的變形能量，并使乘客所受到的沖擊小于安全法規(guī)規(guī)定的最大范圍。乘客艙的剛度應(yīng)盡量提高，從而能保證乘客的空間，使乘客在碰撞的過程中盡量免受沖擊，以達(dá)到保護(hù)乘員的作用。如圖3.6所示，可通過合理設(shè)計(jì)車身不同區(qū)域的結(jié)構(gòu)剛度來分散碰撞時(shí)的能量，從而改善安全性能。圖3.6車身正面撞擊沖力分散示意圖3.3.3

汽車剛度強(qiáng)度試驗(yàn)的意義車身剛度對(duì)NVH性能的影響

車身受到振動(dòng)激勵(lì)后會(huì)產(chǎn)生車身總體的彎曲振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)或各種振動(dòng)的復(fù)合形式，同時(shí)還會(huì)引起板件產(chǎn)生局部振動(dòng)，產(chǎn)生機(jī)械性噪聲。當(dāng)激勵(lì)頻率與結(jié)構(gòu)固有頻率吻合或接近時(shí)，將發(fā)生共振，這種振動(dòng)造成車身內(nèi)部的低頻噪聲(隆隆聲)。此外，由于機(jī)械的撞擊、摩擦以及交變載荷的作用，車室內(nèi)裝備的運(yùn)動(dòng)部件，以及車身結(jié)構(gòu)的連接件都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和車內(nèi)噪聲。由于車身振動(dòng)而向車內(nèi)輻射的聲波，在遇到障礙物反射回來時(shí)，若恰好與原來的聲波同相，則這部分聲波被增強(qiáng)，且作為一種激勵(lì)加劇結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，這種二次激勵(lì)誘發(fā)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)本身就是一個(gè)噪聲源，稱為車廂(空腔)共鳴。合理的車身剛度可以較好地改善由車身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的噪聲。3.3.3

汽車剛度強(qiáng)度試驗(yàn)的意義

因此，車身剛度直接影響轎車的舒適性。車身的剛度是保證轎車行駛舒適性能的重要指標(biāo)，合理的車身剛度可以使的舒適性能得到很好保證。例如，車身頂蓋橫梁就是為了提高頂蓋的剛度，從而降低車內(nèi)噪聲（見圖3.7）。圖3.7車身頂蓋橫梁結(jié)構(gòu)示意圖3.3.3

汽車剛度強(qiáng)度試驗(yàn)的意義車身剛度對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響

燃油經(jīng)濟(jì)性的影響因素主要有使用和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面的因素。

如果車身的剛度不合理，使車輛經(jīng)濟(jì)行駛使用環(huán)境難以保證，結(jié)果將使燃油經(jīng)濟(jì)性降低。另外還有結(jié)構(gòu)上的因素，車身剛度的合理分布，也將有助于車身整體的輕量化的要求，更輕的車身當(dāng)然有助于減少燃油的消耗。3.3.3

汽車剛度強(qiáng)度試驗(yàn)的意義車身強(qiáng)度設(shè)計(jì)的意義

車身強(qiáng)度是汽車車身在外力或內(nèi)應(yīng)力的作用下抵抗車身局部變形或疲勞失效的能力，即衡量零件本身承載能力的重要指標(biāo)，不僅與結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度有關(guān)，而且與結(jié)構(gòu)的幾何形狀、外力的作用形式等有關(guān)，它是機(jī)械零件的基本要求。

根據(jù)承受外力的作用形式，它可分為靜態(tài)強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。

駕駛過程中，車輛必須能夠承受各種載荷，不能出現(xiàn)塑性變形，以及裂紋現(xiàn)象。如果車身強(qiáng)度不足，會(huì)造成車身零件塑性變形、局部和整體斷裂損壞，使汽車壽命變短以及安全系數(shù)變差，因此車身都必須進(jìn)行校核，從而以滿足強(qiáng)度要求。3.3.3

汽車剛度強(qiáng)度試驗(yàn)的意義

車身強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：在指定載荷下，車身最大應(yīng)力不超過許用值（一般小于材料屈服點(diǎn)）。為了滿足車身強(qiáng)度需要，同時(shí)達(dá)到輕量化設(shè)計(jì)要求，目前在車身上越來越多地采用高強(qiáng)度鋼（見圖3