《汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)（第3版）》 課件 第5章 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造

《汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)（第3版）》配套課件第一章

車身概論第二章

車身總體設(shè)計(jì)第三章

車身概念設(shè)計(jì)第四章車身結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析計(jì)算第五章

車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造第六章

車身部件結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)第五章 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造北京理工大學(xué)完成車身總體設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)之后，即可著手進(jìn)行細(xì)致的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)由滿足車身結(jié)構(gòu)的基本功能要求（如支撐發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等功能，提供車內(nèi)乘坐空間等功能）為主的功能設(shè)計(jì)逐步過渡到滿足車身結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能要求（如剛度性能、安全性、舒適性、可靠性與耐久性等性能）為主的性能設(shè)計(jì)。確定整個(gè)車身結(jié)構(gòu)應(yīng)由哪些主要載荷路徑和次要載荷路徑的構(gòu)件組成，構(gòu)件的幾何參數(shù)，以及如何布置和連接這些構(gòu)件，使其成為一個(gè)連續(xù)的完整的受力拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。確定車身構(gòu)件采取怎樣的截面形式，如何構(gòu)成這樣的截面，及其與其他部件的配合關(guān)系；構(gòu)件密封或外形的要求，殼體上內(nèi)外飾板或壓條的固定方法以及組成截面的各部分的制造方法及其裝配方法等。車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容建立數(shù)字式全尺寸模型，形成初步的零件表，進(jìn)行方案重量的初步估算，研究基本的裝配方法和制造方法，包括材料的選用和車身結(jié)構(gòu)總成如何劃分為分總成和零件，車身裝配連接形式和裝配順序，確定定位參考系統(tǒng)和各種工藝孔等。在上述過程中，利用CAE方法同步進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)性能的仿真與分析，包括剛度分析、模態(tài)分析、耐撞性分析、NVH分析及耐久性分析等。第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)材料與輕量化設(shè)計(jì)第三節(jié)

車身結(jié)構(gòu)制造工藝第四節(jié)車身減振與降噪設(shè)計(jì)第五節(jié)

車身結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法簡介一、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計(jì)車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ蛙嚿砉羌芙Y(jié)構(gòu)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)（TopologyDesign）是指車身結(jié)構(gòu)中梁、柱等承載件的空間布置形式，是車身結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中首先要完成的工作。圖6-1

車身結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D6-2

車身底架的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計(jì)車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ蛙嚿斫Y(jié)構(gòu)拓?fù)淇臻g受車輛總體外形和內(nèi)部布置要求約束。構(gòu)件布置是否合理，可以通過簡化模型的載荷計(jì)算分析進(jìn)行判斷，這是結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)階段極其重要和復(fù)雜的工作。在這個(gè)階段，要研究結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ秃投x初始的幾何尺寸參數(shù)，而拓?fù)淠Ｐ褪茄芯繕?gòu)件幾何參數(shù)（如構(gòu)件截面、接頭參數(shù)和板料厚度等）的基礎(chǔ)。應(yīng)該研究如何發(fā)揮材料的作用，哪些地方需要材料，而哪些地方不需要材料，以便得到最佳的車身拓?fù)淠Ｐ汀Ｒ?、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計(jì)車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ蛯⒏鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)初步構(gòu)造的拓?fù)鋷缀畏桨篙斎隒AD系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能開始后續(xù)的車身結(jié)構(gòu)開發(fā)研制工作。基于CAE分析的拓?fù)鋬?yōu)化方法，能夠從物理意義上和數(shù)字上說明其機(jī)理，并將信息（包括設(shè)計(jì)專家的知識(shí)和修改意見）保存下來。對于車身這樣復(fù)雜結(jié)構(gòu)的布置問題，其拓?fù)鋽?shù)學(xué)模型太復(fù)雜，還需要考慮許多要求，如安全結(jié)構(gòu)要求、動(dòng)力學(xué)性能要求和其他一些要求。Finite

ElementModelingSizeand

ShapeOptimizationTopology

OptimizationSystemlevelrequirements(loadsanalysisand

packaging)Design

Spaceand

LoadsCADmodel

withgeneric

elementsParametricShape

VectorsFinal

Design一、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計(jì)2.

車身結(jié)構(gòu)載荷傳遞路徑車身結(jié)構(gòu)件的布置應(yīng)使車身構(gòu)成一個(gè)連續(xù)完整的受力系統(tǒng)與合理的載荷路徑。車身結(jié)構(gòu)由構(gòu)件及其接頭組成的車身骨架和板殼零件共同組成，是承受載荷和傳遞載荷的基本系統(tǒng)，其中骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了載荷的傳遞路徑。對于一般鋼結(jié)構(gòu)車身，其骨架構(gòu)件是由成形鋼板制件焊接組合的，截面為閉口或開口的薄壁桿件，在車身中起支承和加強(qiáng)的作用。車身結(jié)構(gòu)載荷傳遞路徑車身結(jié)構(gòu)中的主要承載部位：車身前部敞開部分：承受比較大的集中力，如動(dòng)力總成、散熱器、車前板制件的重力和前懸架支承力等，這些力主要由底架的前縱梁支承，并傳至整個(gè)車身前部結(jié)構(gòu)。前車身的散熱器框架等板殼零件，也是車身結(jié)構(gòu)的承力構(gòu)件。受到高速撞擊時(shí)，車身設(shè)計(jì)必須使車頭部能有效地吸收沖擊能量。中段乘客室部分：主要承受分散在地板上的重力，如車身裝備和乘員的重力、懸掛在門柱上的門重力等。后部行李艙：承受燃油箱、備胎和行李等重力。后縱梁：承受后懸架的支承力。車身結(jié)構(gòu)載荷傳遞路徑當(dāng)汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)，車身結(jié)構(gòu)中易出現(xiàn)載荷分配不均衡和結(jié)構(gòu)剛度不適應(yīng)載荷要求的情況。構(gòu)件布置設(shè)計(jì)時(shí)，要注意乘客室與前部敞開部分相連接區(qū)域剛度的加強(qiáng)，如縱梁到門檻的扭矩盒、前鉸鏈柱上端的前指梁、斜梁或接頭圓角的設(shè)計(jì)。為避免大的力流集中由前縱梁通向乘客室，結(jié)構(gòu)件的布置應(yīng)使通過前縱梁的力流分散地過渡到前圍板區(qū)域及地板和門檻。車身結(jié)構(gòu)載荷傳遞路徑在前縱梁的后面，即底架總成中部，其支撐結(jié)構(gòu)主要是門檻梁和與地板焊接在一起的橫梁。橫梁布置的位置往往取決于座椅的布置，主要用于加強(qiáng)左右門檻之間的聯(lián)系，固定座椅和加強(qiáng)地板剛度，并用于承受側(cè)向碰撞力。地板中間通道有利于提高地板的縱向抗彎能力，并便于地板下傳動(dòng)軸和排氣管等的布置。地板總成的后部零件承擔(dān)著后懸架傳來的力，這些力主要由后縱梁和后地板分擔(dān)。后縱梁與乘客室的連接，原則上與前縱梁相同，即將載荷分流是有利的。車身結(jié)構(gòu)載荷傳遞路徑乘客室上部框架結(jié)構(gòu)由側(cè)圍總成、前／后風(fēng)窗框、前圍板／后隔板及車頂梁構(gòu)成，并焊裝上頂蓋。側(cè)圍在車身整體彎曲剛性中起重要作用。前圍板、后隔板分別與前、后風(fēng)窗框相連，具有很高的車身橫向抗剪剛度。對于階背式車身，車尾的后隔板由上部行李艙隔板和后座椅支承板組成，用于承受車身扭轉(zhuǎn)時(shí)的剪力。對于方背式或快背式，在扭轉(zhuǎn)時(shí)的剪力則主要由后部框架來承受。車身構(gòu)件的應(yīng)變能計(jì)算車身結(jié)構(gòu)中的載荷路徑合理與否，可以通過應(yīng)變能（Strain

Energy）的計(jì)算進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)構(gòu)在載荷作用下發(fā)生變形，于是各部分將儲(chǔ)存一定的應(yīng)變能(彈性勢能)。結(jié)構(gòu)的構(gòu)件儲(chǔ)存應(yīng)變能的多少是衡量它承擔(dān)載荷多少的標(biāo)志，可以用比應(yīng)變能（應(yīng)變能/

質(zhì)量,

又稱應(yīng)變能密度）

來表示。2.

車身結(jié)構(gòu)載荷傳遞路徑某轎車車身構(gòu)件的比應(yīng)變能1—風(fēng)窗上橫梁

2—風(fēng)窗下橫梁

3—風(fēng)窗橫梁加強(qiáng)板

4—縱梁1

5—副車架

6—支撐板

7—前輪罩及與A

柱連接板

8—儀表板橫梁

9—落水桶

10—前圍板橫梁

11—前座椅橫梁

12—帶前圍板的前地板

13—A

柱

14—B

柱

15—C

柱前板

16—C柱后板

17—門檻

18—通道

19—后縱梁

20—后座椅橫梁

21—穩(wěn)定桿支座

22—后地板

23—D柱與輪罩連接板24—后輪罩

25—后翼子板26—后內(nèi)板

27—上后橫梁

28—下后橫梁

29—車尾后封板

30—車頂框

31—車頂

32—風(fēng)窗玻璃圖中實(shí)線為無風(fēng)窗玻璃時(shí)，點(diǎn)畫線為有風(fēng)窗玻璃時(shí)，水平虛線表示平均應(yīng)變能。2.

車身結(jié)構(gòu)載荷傳遞路徑應(yīng)變能分析從有限元分析軟件顯示的結(jié)構(gòu)應(yīng)變能圖，可大致看出車身結(jié)構(gòu)中各點(diǎn)的相對應(yīng)變，并可由構(gòu)件的應(yīng)變能與結(jié)構(gòu)總應(yīng)變能之比來表示構(gòu)件的“承載度”。車身扭轉(zhuǎn)時(shí)的總應(yīng)變能為：如果總應(yīng)變能小，則說明車身剛度足夠大，或材料沒有被充分利用，可以將比應(yīng)變能小的構(gòu)件取消或減薄板厚，以便減輕重量。應(yīng)變能大的區(qū)域是高負(fù)荷區(qū)，對車身剛度影響較大，要考慮是否需要加強(qiáng)。為了最大限度地發(fā)揮材料的效用，應(yīng)該盡可能使材料在結(jié)構(gòu)中的分布與各處的應(yīng)變能成比例，使比應(yīng)變能均勻化。2x

W

1

T

x式中，

為對應(yīng)T

的車身扭轉(zhuǎn)角。2.

車身結(jié)構(gòu)載荷傳遞路徑二、車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)車身骨架中的桿件分類：功能所要求設(shè)計(jì)的，如門柱、窗柱、門檻、風(fēng)窗框上下橫梁等；加強(qiáng)用的，如車頂橫梁、地板加強(qiáng)橫梁、車門防撞梁等；為安裝附件而設(shè)置的非承載件。如頂蓋上為安裝天窗而設(shè)置的框架等。車身的主要承載件應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，并構(gòu)成一個(gè)連續(xù)完整的受力系統(tǒng)。二、車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)車身骨架剛度設(shè)計(jì)車身骨架設(shè)計(jì)應(yīng)滿足車身剛度和強(qiáng)度的要求。剛度不足，將會(huì)引起車身的門框、窗框、發(fā)動(dòng)機(jī)艙口及行李箱口等的變形，導(dǎo)致玻璃破裂，車門卡死；低剛度必然伴隨有低的固有振動(dòng)頻率，易發(fā)生結(jié)構(gòu)共振和聲響，并削弱結(jié)構(gòu)接頭的連接強(qiáng)度；此外，還會(huì)影響安裝在底架上的總成的相對位置。強(qiáng)度不夠，則將引起構(gòu)件早期出現(xiàn)裂紋和疲勞斷裂。二、車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.

車身骨架剛度設(shè)計(jì)白車身在整車中的剛度貢獻(xiàn)率最大。如該車在扭轉(zhuǎn)剛度中，白車身的剛度貢獻(xiàn)率達(dá)64%，而前懸架橫梁、前風(fēng)窗和后背門有超過10%的貢獻(xiàn)率。（a）彎曲剛度 （b）扭轉(zhuǎn)剛度圖6-5

轎車部件剛度貢獻(xiàn)率車身骨架剛度設(shè)計(jì)前風(fēng)窗（由頂蓋前橫梁、風(fēng)窗下橫梁、A柱及玻璃等組成）在車身經(jīng)受扭轉(zhuǎn)時(shí)阻抗四邊形變形，對整車的扭轉(zhuǎn)剛度貢獻(xiàn)率達(dá)15%，對整車彎曲剛度貢獻(xiàn)為6%，說明新設(shè)計(jì)中加強(qiáng)A柱橫截面和頂蓋前橫梁截面，以及加強(qiáng)A柱上、下接頭的剛度是很有意義的。地板中間通道構(gòu)件在實(shí)例中對整車的彎曲剛度貢獻(xiàn)率為8%，扭轉(zhuǎn)剛度貢獻(xiàn)率為7%，貢獻(xiàn)來自于它有約束通道橫向張開變形的通道橫向構(gòu)件。增加通道橫向構(gòu)件能使通道更好地起到承載結(jié)構(gòu)件的作用。二、車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)桿件截面設(shè)計(jì)車身?xiàng)U件大多是由薄板成型件組成的，桿件的截面形狀可分為閉口和開口兩類，截面形狀和尺寸對其截面特性有很大影響。與桿件剛度有關(guān)的截面特性是慣性矩和極慣性矩等。轎車車身?xiàng)U件的截面形狀非常復(fù)雜，為了計(jì)算截面特性，首先要?jiǎng)澐謪^(qū)段(長l、厚度t)，用截面中的區(qū)段連接點(diǎn)的坐標(biāo)值定義截面形狀，按公式進(jìn)行計(jì)算。二、車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)桿件截面設(shè)計(jì)在材料面積和料厚保持不變的情況下，閉口截面的抗彎性能稍次于開口截面，但極慣性矩要比開口截面大得多。Iy和Wy分別表示對主慣性軸y的慣性矩和抗彎截面系數(shù)，

Wk為抗扭截面系數(shù)。二、車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)桿件截面設(shè)計(jì)對于閉口截面，中線周長一定，板料厚度一定，極慣性矩與截面板料厚度所圍面積

A的平方成正比，而截面形狀無獨(dú)立意義，所圍面積大小則很重要。圓形截面對抗扭最有利。矩形截面中，正方形抗扭能力最高，當(dāng)矩形兩邊之比

h

/

b

2時(shí)，扭轉(zhuǎn)剛度明顯下降。從提高整個(gè)車身和構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)剛度出發(fā)，宜多采用閉口截面，但是還需要考慮構(gòu)成截面的其他因素，如結(jié)構(gòu)功能、配合關(guān)系以及制造工藝等。因此，實(shí)際車身骨架構(gòu)件的截面形狀往往是比較復(fù)雜的。二、車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)桿件截面設(shè)計(jì)為了提高扭轉(zhuǎn)剛度，轎車車身骨架基本都采用閉口截面。大客車車身的主要構(gòu)件通常采用異型鋼管。圖6-8

轎車車身骨架構(gòu)件的截面二、車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)接頭設(shè)計(jì)車身結(jié)構(gòu)中兩個(gè)以上承載構(gòu)件相互交叉連接的部位稱為接頭。車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力通過接頭傳遞，傳力的過程中接頭變形影響車身結(jié)構(gòu)變形。接頭設(shè)計(jì)白車身結(jié)構(gòu)總成由承載構(gòu)件、接頭和板殼焊接組成。構(gòu)件的截面特性、接頭的剛度和板殼的形狀、板厚都影響車身的剛度，而且接頭在很大程度上決定整個(gè)車身的剛度和振動(dòng)模態(tài)。接頭剛度包括接頭各分支（腿）的扭轉(zhuǎn)剛度、內(nèi)／外剛度、前／后剛度或上／下剛度，影響車身的整體剛度。二、車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)骨架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中當(dāng)受力桿件的截面發(fā)生突變時(shí)，就會(huì)由于剛度突變而引起截面變化處的應(yīng)力集中。在經(jīng)常承受交變應(yīng)力的汽車車身上，應(yīng)力集中可能誘發(fā)進(jìn)展性裂縫，導(dǎo)致疲勞損壞。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要避免截面急劇變化，特別是要注意加強(qiáng)板和接頭設(shè)計(jì)時(shí)剛度的逐步變化。為了加強(qiáng)底架縱梁彎曲部分的剛度和強(qiáng)度，在梁上裝一加強(qiáng)梁，但由于在加強(qiáng)梁兩端a-a和b-b處剛度突變，易出現(xiàn)應(yīng)力集中而斷裂。若將加強(qiáng)梁兩端的形狀改為類似雙曲線形，則這種加固會(huì)使應(yīng)力均勻些。當(dāng)縱梁從封閉截面過渡到開口截面時(shí)，加強(qiáng)梁端部也應(yīng)作類似處理，或者由縱梁腹板逐漸過渡到加強(qiáng)梁腹板。如果不采用加強(qiáng)梁，而將縱梁截面逐漸加高，從加強(qiáng)的觀點(diǎn)看效果最好，并可減輕質(zhì)量。4.

骨架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中避免截面急劇變化骨架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中車身上有許多承受集中力而需要加強(qiáng)板的部位，應(yīng)合理設(shè)計(jì)加強(qiáng)板大小和厚度。加強(qiáng)板太小，不足以將集中載荷分散到較大的面積上；加強(qiáng)板太大則會(huì)增加質(zhì)量。一般加強(qiáng)板的厚度比被加強(qiáng)件的板料厚，但厚度不宜相差太懸殊，否則，不僅在加強(qiáng)板邊緣由于剛度突變會(huì)引起應(yīng)力集中而出現(xiàn)裂紋，而且對焊接強(qiáng)度也不利。4.

骨架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中前、后懸架在車身上的固定點(diǎn)是載荷的傳入點(diǎn)，由于力流集中，要非常細(xì)心地進(jìn)行車身支承部件的設(shè)計(jì)。為起到良好的支承作用，將輪罩零件板厚分級，即支承部位板厚逐級加大，或采用拼焊板，既加強(qiáng)剛度，又控制應(yīng)力集中。圖6-13

輪罩板厚逐級變化4.

骨架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中車架接頭位置易出現(xiàn)應(yīng)力集中，如設(shè)計(jì)不當(dāng)很可能造成車身的隱患。從提高扭轉(zhuǎn)剛度來看，縱梁與橫梁應(yīng)以翼緣相連，但一般翼緣的彎曲應(yīng)力和約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力都最大。可用角板等連接方式，以擴(kuò)大連接的面積，減小應(yīng)力集中。圖6-14車架構(gòu)件的各種連接方法示例三、車身板殼零件設(shè)計(jì)車身板殼零件分類：外覆蓋件，如車身頂蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板、門外板、翼子板等。對這些零件的要求是：表面光滑，棱角線條清晰，與相鄰部件棱線吻合，完全符合造型要求，而且要有一定的剛度。內(nèi)覆蓋件，如前圍內(nèi)板（發(fā)動(dòng)機(jī)擋板）、地板、門內(nèi)板等，即在車身外表面看不見的內(nèi)部大零件。這些零件的剛度要足夠，零件上的裝配尺寸要準(zhǔn)確。三、車身板殼零件設(shè)計(jì)大型板殼零件的剛度不足，不僅易引發(fā)板的振動(dòng)，尤其是發(fā)生共振時(shí)，板的低頻響應(yīng)使車身內(nèi)部產(chǎn)生很大的噪聲，令人感覺很不舒適，還會(huì)造成部件的疲勞損壞；而且零件剛度差會(huì)給生產(chǎn)、搬運(yùn)等都帶來困難。提高板殼零件的剛度：（1）板殼零件的剛度取決于零件的板厚及形狀，曲面和棱線等的造型及拉深成形過程中零件材料的冷作硬化對提高剛度有利，平直的零件造型是不可取的。三、車身板殼零件設(shè)計(jì)（2）可在內(nèi)部大型板件和不顯露的外覆蓋件上沖壓出各種形狀的加強(qiáng)筋。在平的或稍鼓起的零件上，沿零件對角線方向布置加強(qiáng)筋可以使零件在所有方向的剛度得到提高，但要避免交叉處產(chǎn)生大的應(yīng)力集中。排列加強(qiáng)筋要注意不能有通過筋間的空間直線。圖6-15

加強(qiáng)筋的布置三、車身板殼零件設(shè)計(jì)為減少彎曲零件的回彈，可以垂直于零件的彎曲軸線方向布置條形筋，或在彎曲部位壓出三角形筋。加強(qiáng)筋的軸線宜直，否則在振動(dòng)時(shí)會(huì)引起扭轉(zhuǎn)。為防止大的應(yīng)力，要注意設(shè)計(jì)筋兩端出口的形狀。圖6-15

加強(qiáng)筋的布置三、車身板殼零件設(shè)計(jì)（3）如果外覆蓋件上不允許出現(xiàn)加強(qiáng)筋，可以在零件上貼裝加強(qiáng)板。（4）用沉孔來加強(qiáng)剛度。沉孔還可以提高零件焊接過程中的操作性和接近性，又可減輕質(zhì)量。圖6-17

其他加強(qiáng)剛度的方法四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)概述車身結(jié)構(gòu)耐撞性：車身結(jié)構(gòu)承受碰撞的能力、變形模式以及吸收碰撞能量等綜合能力的體現(xiàn)。良好的車身結(jié)構(gòu)耐撞性，意味著在一定的變形模式下結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受較大的撞擊載荷，并吸收較多的碰撞能量，使結(jié)構(gòu)的變形向有利于保護(hù)乘員生存空間的方向發(fā)展，使乘員所受到的沖擊損傷符合有關(guān)的法規(guī)要求。車身結(jié)構(gòu)的耐撞性主要是由薄壁梁形結(jié)構(gòu)和接頭組成的框架結(jié)構(gòu)決定的，它們在碰撞過程中吸收大部分的碰撞動(dòng)能，為乘員艙提供大部分的剛性。車身結(jié)構(gòu)的耐撞性設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容就是要合理組織車身結(jié)構(gòu)各部分的剛度。四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)（1）車身結(jié)構(gòu)剛度組織合理組織結(jié)構(gòu)的吸能，將吸能要求合理地分解為對相應(yīng)吸能部件的要求。考慮到車身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，車身前后部分各結(jié)構(gòu)的吸能能力是不一樣的。因此，要求在理解各部分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，區(qū)分它們在吸能能力上的不同，使主要吸能部件吸收主要的碰撞動(dòng)能，次要吸能部件少量吸能，并使盡可能多的結(jié)構(gòu)參與吸能，以提高材料的使用效率。四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)（1）車身結(jié)構(gòu)剛度組織合理組織碰撞載荷的傳遞，即合理設(shè)計(jì)碰撞載荷的傳遞路徑。這部分工作主要應(yīng)以滿足如下要求為目的：①減小乘員艙的變形或?qū)Τ藛T艙的侵入；②為吸能結(jié)構(gòu)提供牢固、穩(wěn)定的支撐，保證吸能部件吸能能力的實(shí)現(xiàn)；③使承載能力強(qiáng)的部件分擔(dān)較多的載荷，承載能力弱的部件分擔(dān)少量的載荷；④使盡可能多的結(jié)構(gòu)部件參與載荷的傳遞，以提高材料的使用效率。四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)（2）車身結(jié)構(gòu)剛性設(shè)計(jì)車身結(jié)構(gòu)剛性設(shè)計(jì)的目的是減小乘員艙在各種碰撞形式中的變形，保證乘員的生存空間。其主要工作是在車身結(jié)構(gòu)剛度組織設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行主要梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在滿足重量約束的條件下，達(dá)到在剛度組織中對部件剛度特性提出的要求，進(jìn)而滿足乘員艙的剛度要求。四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)（3）車身結(jié)構(gòu)吸能設(shè)計(jì)在正面和后面碰撞中，允許通過車身前部或后部結(jié)構(gòu)的變形來緩沖撞擊，并減小碰撞過程中車身的減速度。如何在車身前部或后部結(jié)構(gòu)允許變形區(qū)有限的情況下很好地完成這一任務(wù)，就是車身結(jié)構(gòu)吸能設(shè)計(jì)要完成的工作。四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)正面碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)當(dāng)車身遭受正面撞擊時(shí)，前部的吸能緩沖區(qū)利用強(qiáng)韌的吸能材料盡可能多地通過變形吸收因撞擊產(chǎn)生的巨大能量，同時(shí)利用結(jié)構(gòu)上的受力連續(xù)，未被吸收的沖擊能量被分散到整個(gè)車身,

使乘客艙的框架受力相對均勻，保持其完整性或僅發(fā)生微小的形狀變化，并以褶皺、加強(qiáng)筋等形狀預(yù)先設(shè)置出材料的變形趨勢，避開可能發(fā)生對乘員不利的危險(xiǎn)變形，減少正面碰撞導(dǎo)致對駕駛艙的侵入和保持相對較低的碰撞減速度，以保證乘員的安全。四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)（1）車身前部結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)多數(shù)轎車乘員艙前部的縱梁（包括前端低速碰撞吸能的部分和后端與乘員艙的過渡部分）是主要的吸能部件，在碰撞過程中由它向后傳遞的碰撞力也最大。因此，在進(jìn)行吸能組織時(shí)，應(yīng)充分發(fā)揮主要吸能部件的作用，使它們吸收多數(shù)的碰撞動(dòng)能。（1）車身前部結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)車身前部縱梁通常是薄壁梁焊接結(jié)構(gòu)，在軸向受到撞擊后，有兩種基本的變形模式：軸向壓潰和彎曲。僅當(dāng)汽車發(fā)生前部或后部的正碰撞或小角度（5°~

10°）碰撞時(shí)，作為主要吸能部件的前、后縱梁才會(huì)出現(xiàn)單純的軸向壓潰變形；而在通常的碰撞事故中，車身前部和后部的大多數(shù)梁形結(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生的是軸向壓潰和彎曲的聯(lián)合變形。圖6-18

薄壁梁的軸向壓潰變形圖6-19

薄壁梁的彎曲變形（1）車身前部結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)對于吸能而言，軸向圧潰被認(rèn)為是效率最高的變形模式。然而，由于與之相關(guān)的各種不穩(wěn)定因素的存在，這種單純的變形模式是最難實(shí)現(xiàn)的。彎曲變形是一種吸能效率較低的變形模式，涉及到局部鉸鏈機(jī)構(gòu)的形成和連桿形式的運(yùn)動(dòng)。在碰撞中，車身前部結(jié)構(gòu)總有發(fā)生這種變形的傾向。車身耐撞性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)防止出現(xiàn)彎曲變形。圖6-18

薄壁梁的軸向壓潰變形圖6-19

薄壁梁的彎曲變形薄壁梁軸向壓潰變形的產(chǎn)生預(yù)壓縮技術(shù)：預(yù)先產(chǎn)生微小的變形波，以減小第一個(gè)峰值載荷的大小。觸發(fā)結(jié)構(gòu)：在薄壁梁軸向壓縮第一個(gè)半波長的中間位置設(shè)計(jì)可以引起應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)，可以提前觸發(fā)屈曲和屈服，進(jìn)而減小軸向壓縮時(shí)第一個(gè)峰值載荷的大小。薄壁梁的彎曲變形與塑性鉸防止產(chǎn)生塑性鉸變形的措施：（1）減小受彎部位所受的彎矩；（2）通過設(shè)置加強(qiáng)板等方法增加受彎矩部位的彎曲剛度。為了減小受彎部位所受的彎矩，應(yīng)盡量使薄壁梁的軸線為直線。在梁的前端布置觸發(fā)結(jié)構(gòu)以降低第一個(gè)峰值壓縮載荷，可以減小受彎部位所受彎矩的最大值。也可以利用彎曲變形模式來提高汽車的耐撞性，如利用彎曲變形時(shí)產(chǎn)生的塑性鉸引導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)艙中剛硬的動(dòng)力總成向下移動(dòng)，以減小因動(dòng)力總成撞擊較薄弱的前圍板引起的對乘員艙的侵入。縱梁的彎曲變形與塑性鉸壓縮載荷-變形曲線（2）乘員艙的耐撞性設(shè)計(jì)乘員艙用于向后傳遞縱向力的主要路徑有兩條。一條是通過乘員艙底部縱梁和門檻梁向后傳遞，這條路徑承受縱向力的能力最大。通常在其前端布置主要的吸能部件，如前縱梁。在碰撞中，縱向力經(jīng)前縱梁、門檻梁和乘員艙底部縱梁向后傳遞。當(dāng)前部結(jié)構(gòu)的壓縮變形較大時(shí)，前輪參與碰撞，縱向力經(jīng)前輪、鉸鏈柱下部結(jié)構(gòu)和門檻梁向后傳遞，防止前部結(jié)構(gòu)繼續(xù)變形而使動(dòng)力傳動(dòng)總成撞向乘員艙。（2）乘員艙的耐撞性設(shè)計(jì)另一條路徑是縱向力經(jīng)前指梁和鉸鏈柱、A柱、車門及其抗側(cè)撞梁和門檻梁而向后傳遞。此路徑上較大的載荷會(huì)導(dǎo)致前門框的較大變形，使碰撞后車門開啟困難，因此該路徑前部結(jié)構(gòu)的吸能能力通常較小。（2）乘員艙的耐撞性設(shè)計(jì)對于正面碰撞，在設(shè)計(jì)碰撞載荷向后傳遞的路徑時(shí)的考慮因素：縱向的梁形結(jié)構(gòu)是乘員艙前部結(jié)構(gòu)中的主要吸能部件?？v向壓縮剛度大的結(jié)構(gòu)，在吸收相同碰撞動(dòng)能的情況下，對后部支撐結(jié)構(gòu)的作用力也大。如果乘員艙某個(gè)部位可以承受較大的縱向力，則可以在其前端布置縱向壓縮剛度較大的吸能結(jié)構(gòu)或引導(dǎo)縱向壓縮力由此向后傳遞。在縱向力向后傳遞時(shí)，應(yīng)盡量通過多個(gè)結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行分流，這一方面可以增強(qiáng)對前部傳遞來的縱向力的支撐能力；另一方面，可以降低對各分支結(jié)構(gòu)剛性的要求。（2）乘員艙的耐撞性設(shè)計(jì)為了給前部吸能結(jié)構(gòu)提供牢固支撐，應(yīng)將乘員艙設(shè)計(jì)得剛度大一些。其中比較重要的是前縱梁與門檻梁間過渡結(jié)構(gòu)的剛度和門檻梁的軸向壓縮剛度，還有A柱與鉸鏈柱的接頭、A柱上接頭和鉸鏈柱下接頭承受縱向力的剛度。為了在偏置碰撞中更有效地發(fā)揮兩側(cè)結(jié)構(gòu)的能力，采用彎曲剛度較大且與端部結(jié)構(gòu)聯(lián)接剛度大的前風(fēng)窗下橫梁和儀表板安裝橫梁是有益的。乘員艙結(jié)構(gòu)剛度不應(yīng)隨著變形的增加而突然減小，因?yàn)樵谂鲎菜俣雀蟮臅r(shí)候，需要通過乘員艙變形進(jìn)一步吸收剩余的碰撞能量。四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)3.

側(cè)面碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)由于發(fā)生側(cè)面碰撞時(shí)乘員艙允許的壓縮空間有限，所以車身結(jié)構(gòu)側(cè)面抗撞性設(shè)計(jì)應(yīng)以提高乘員艙剛度、減小乘員艙變形為主要目標(biāo)。側(cè)面碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)（1）側(cè)向碰撞載荷路徑設(shè)計(jì)如果車門內(nèi)布置了抗側(cè)撞梁，前門受到的側(cè)向撞擊力將主要被傳遞到鉸鏈柱和B柱；后門受到的側(cè)向撞擊力將主要被傳遞到B柱和C柱。鉸鏈柱上端主要由前風(fēng)窗下橫梁和儀表板安裝橫梁的軸向剛度提供；在鉸鏈柱下端主要由該處車身底部橫向結(jié)構(gòu)的剛度提供。C柱受到側(cè)向力時(shí)，情況與此類似。3.側(cè)面碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)（1）側(cè)向碰撞載荷路徑設(shè)計(jì)通過B柱上接頭，作用在B柱上的部分力通過車頂邊梁、車頂橫梁和相關(guān)的接頭結(jié)構(gòu)向非撞擊側(cè)傳遞。通過B柱下接頭，作用在B柱上的部分力被傳遞給門檻梁。作用在門檻梁上的側(cè)向力，通過車身底部的橫向結(jié)構(gòu)被傳遞到非撞擊側(cè)。3.

側(cè)面碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)（1）側(cè)向碰撞載荷路徑設(shè)計(jì)為了減小汽車側(cè)面受到撞擊后對乘員艙的侵入，在設(shè)計(jì)側(cè)向撞擊力在車身結(jié)構(gòu)中傳遞的路徑時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：乘員艙橫向結(jié)構(gòu)對側(cè)向結(jié)構(gòu)向車內(nèi)的運(yùn)動(dòng)或變形起到了重要的抵抗作用。側(cè)圍結(jié)構(gòu)自身的剛度對其向車內(nèi)的運(yùn)動(dòng)或變形也起到了重要的作用。車門抗側(cè)撞梁和B柱將側(cè)向撞擊力分流給側(cè)圍框架，并經(jīng)乘員艙的橫向結(jié)構(gòu)傳遞到非撞擊側(cè)。如何將側(cè)圍結(jié)構(gòu)組織成一個(gè)剛性的整體，對于減小車門對乘員艙的侵入非常重要。3.側(cè)面碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)（2）主要部件的耐撞性設(shè)計(jì)1）車門。通過設(shè)置抗側(cè)撞梁，可以將車門受到的載荷分散給兩側(cè)的立柱，減小車門受撞擊區(qū)域的變形。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)防止碰撞過程中抗側(cè)撞梁出現(xiàn)受彎失穩(wěn)。通過對車門鉸鏈和門鎖的設(shè)計(jì)，使車門抗側(cè)撞梁與車身結(jié)合為一體，有利于將車門所受的撞擊力有效地傳給兩側(cè)的立柱。圖6-28

車門中的抗側(cè)撞梁3.

側(cè)面碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)2）B柱。將B柱剛度設(shè)計(jì)得足夠大。合理設(shè)計(jì)B柱各截面形狀，避免在撞擊中B柱產(chǎn)生受彎失穩(wěn)。汽車側(cè)面受撞擊時(shí)，通常B柱中段受到的彎矩較大。為防止因局部進(jìn)入塑性變形階段而產(chǎn)生塑性鉸，通常采取加強(qiáng)措施。圖6-29

B柱的加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)3.

側(cè)面碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)3）門檻梁。側(cè)撞時(shí)門檻梁的變形主要是向車內(nèi)側(cè)的彎曲變形，門檻梁中部受到側(cè)向撞擊力后向車內(nèi)變形的彎曲剛度大小和分布都很重要，這一點(diǎn)與對B柱的要求相似。為了提高門檻梁的彎曲剛度或改變其分布，同樣可以使用加強(qiáng)板，也可以采用其他方法，如填充發(fā)泡材料等。3.

側(cè)面碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)4）接頭結(jié)構(gòu)。為了防止出現(xiàn)鉸鏈效應(yīng)，應(yīng)當(dāng)提高接頭結(jié)構(gòu)的剛度，以使側(cè)面撞擊載荷可以通過接頭結(jié)構(gòu)傳遞給其他主要承載結(jié)構(gòu)。圖6-30

側(cè)圍易失效的接頭部位3.

側(cè)面碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)5）乘員艙底部橫向結(jié)構(gòu)。在側(cè)面碰撞中，乘員艙橫向結(jié)構(gòu)對側(cè)圍結(jié)構(gòu)起到了支撐的作用，起主要作用的是橫向的梁結(jié)構(gòu)，如頂蓋橫梁、前風(fēng)窗下橫梁、儀表板安裝橫梁和地板橫梁等。從車身結(jié)構(gòu)抗側(cè)面碰撞設(shè)計(jì)要求的角度，應(yīng)當(dāng)提高它們的剛度并防止在受到軸向載荷時(shí)發(fā)生彎曲失穩(wěn)。四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)后面碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)對于低速后面碰撞，耐撞性設(shè)計(jì)的主要目的是減少因維修帶來的費(fèi)用，這一點(diǎn)和正面低速碰撞相似。當(dāng)碰撞速度較大時(shí)，希望降低車身的減速度以降低乘員受鞭梢性傷害的可能，并希望乘員艙的變形小。將后部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得軟一些，即通過設(shè)置吸能結(jié)構(gòu)緩沖撞擊可以實(shí)現(xiàn)這些要求，這種措施和正面碰撞相似。為了防止后面碰撞中由于后部結(jié)構(gòu)變形對燃油箱的擠壓，通常將燃油箱布置在壓縮變形區(qū)之外。四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)4.

后面碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)后面碰撞中，撞擊力向車前方傳遞的路徑通常主要有兩條：第一條由后保險(xiǎn)杠，經(jīng)后縱梁傳遞給門檻梁；第二條由后車輪后部結(jié)構(gòu)，經(jīng)后車輪傳遞給門檻梁。四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)4.

后面碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)后縱梁是后部結(jié)構(gòu)的主要吸能部件。碰撞吸能區(qū)通常被布置在后車輪后部，而將后輪作為變形限制器加以利用。車身輕量化使后部長度有變短的趨勢，應(yīng)當(dāng)提高后部結(jié)構(gòu)吸能的效率，還要控制后縱梁的變形模式，防止發(fā)生嚴(yán)重的彎曲變形。四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)5.

滾翻時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)車頂變形引起乘員生存空間喪失是滾翻事故中乘員傷害的主要原因之一。因此，針對滾翻進(jìn)行耐撞性設(shè)計(jì)時(shí)，減小車頂變形是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。為了減小車頂結(jié)構(gòu)在滾翻中的變形，應(yīng)當(dāng)通過立柱、車頂邊梁／橫梁和相應(yīng)接頭結(jié)構(gòu)組成的框架整體抵抗車頂受到的載荷。四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)6.

低速碰撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)為了在低速碰撞時(shí)減少因撞車帶來的維修費(fèi)用，應(yīng)當(dāng)在汽車前端設(shè)置低速吸能區(qū)。低速吸能區(qū)一般由能量吸收式保險(xiǎn)杠構(gòu)成，也可以在其后部和前縱梁之間再布置低壓縮剛度的結(jié)構(gòu)（碰撞盒），它們與主要結(jié)構(gòu)的連接是可拆卸的方式，如螺栓聯(lián)接。圖6-32

低壓縮剛度結(jié)構(gòu)（碰撞盒）的布置四、車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)撞行人時(shí)車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)為了減輕對行人的傷害，應(yīng)當(dāng)對車身結(jié)構(gòu)相應(yīng)部位進(jìn)行軟化或在其周圍使用能量吸收材料。具體措施包括：為減輕行人與汽車一次碰撞的傷害，應(yīng)當(dāng)對保險(xiǎn)杠、前散熱器罩和發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋前端等部位進(jìn)行軟化。為減輕行人與汽車二次碰撞的傷害，應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋和風(fēng)窗玻璃周圍使用能量吸收材料。五、車身結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計(jì)車身結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計(jì)是保證車身防腐性能的關(guān)鍵，直接影響其他防腐措施的效果。設(shè)計(jì)要使結(jié)構(gòu)能阻止腐蝕介質(zhì)侵入或積存在結(jié)構(gòu)縫隙間、凹形構(gòu)件和封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在容易積存水的部位應(yīng)設(shè)置排水孔，設(shè)計(jì)成易排水、易干燥的結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的。圖6-33

防積水的結(jié)構(gòu)五、車身結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計(jì)第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)材料與輕量化設(shè)計(jì)第三節(jié)

車身結(jié)構(gòu)制造工藝第四節(jié)車身減振與降噪設(shè)計(jì)第五節(jié)

車身結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法簡介一、普通低碳鋼1.

普通低碳鋼的成形性能普通低碳鋼是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%以下的碳素鋼，其力學(xué)性能由測試所得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表示。

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k：斷裂強(qiáng)度：比例極限：彈性極限：屈服強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度圖6-36

低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線一、普通低碳鋼普通低碳鋼的成形性能冷沖壓鋼板是以金屬的塑性變形為基礎(chǔ)的加工方法，材料的沖壓成形性能主要是指可塑性。伸長率是衡量塑性變形能力的指標(biāo)。汽車?yán)錄_壓用鋼板分為冷軋鋼板和熱軋鋼板。熱軋鋼板是在溫度大于800℃時(shí)軋制而成的，它的可加工性不如冷軋鋼板，板材厚度一般在1.2~6.0mm之間。板厚為1.2~1.4mm的熱軋鋼板主要用于車身下部構(gòu)件、內(nèi)護(hù)板、車門內(nèi)板等，大于1.6mm以上的用于結(jié)構(gòu)加強(qiáng)板和鉸鏈等。冷軋鋼板開始也是熱軋的，然后在酸洗槽中去氧化皮，在常溫下由軋機(jī)軋制而成的。由于冷軋鋼板比熱軋鋼板沖壓加工性能好，可以保證嚴(yán)格的厚度公差，且表面美觀，在汽車上應(yīng)用較多。一、普通低碳鋼拉深級別公稱厚度/mm

s（MPa）

b（MPa）（%）ZF<2≤196255～324≥44HF<2≤206255～324≥42F>1.21.2<1.2≤216≤216≤235255～324≥39≥42≥42普通低碳鋼的成形性能冷軋鋼板按沖壓級別可分為最復(fù)雜拉深級（ZF）、很復(fù)雜拉深級（HF）、復(fù)雜拉深級（F）、最深拉深級（Z）、深拉深級（S）和普通拉深級（P）。按強(qiáng)度級別分，可分為一般強(qiáng)度級和高強(qiáng)度級鋼板。傳統(tǒng)車身用沖壓鋼板多為一般強(qiáng)度級的低碳鋼冷軋鋼板，板厚為0.6~1.0mm。由于它具有很高的伸長率，最高可達(dá)45%以上，所以具有良好的沖壓加工性能，而且焊接性、涂裝性都很好。鋼板（厚度<2mm）材料的力學(xué)性能一、普通低碳鋼車身沖壓件的成形分類及鋼板型號的選擇我國汽車行業(yè)鋼板按沖壓成形工藝劃分為深拉深成形、脹形-深拉深成形、淺拉深成形、彎曲成形和翻邊成形五大類，并將成形類別與鋼板性能指標(biāo)相對應(yīng)。一、普通低碳鋼表面鍍鋅鋼板為了防止腐蝕，提高車身材料的抗高溫、抗氧化能力，對鋼板進(jìn)行表面處理非常重要。在各類環(huán)境中，鋼的腐蝕率約為鋅的3~30倍，說明鋅具有適應(yīng)性很強(qiáng)的耐腐蝕性能。大量應(yīng)用鍍鋅鋼板，對提高轎車的使用壽命是很有利的。因此，鍍鋅鋼板是當(dāng)前重要的車身用材。鍍鋅鋼板具有優(yōu)異的防腐性，表面美觀，但焊接性和涂裝性不如未經(jīng)鍍層處理的鋼板好。當(dāng)涂層超過40g/m2，就不易保證其成形性和焊接性。同時(shí)，由于潤滑性，深拉深時(shí)的加工更加困難。通過不同的鍍層的方法（電鍍鋅方法或熱鍍鋅方法，合金電鍍方法或合金化熱鍍方法）會(huì)得到不同的鍍鋅鋼板性能。其中，合金電鍍鋅鋼板具有各項(xiàng)性能均為優(yōu)或良的綜合性能，可大量應(yīng)用。二、高強(qiáng)度鋼高強(qiáng)度鋼（High

Stress

Steels,

HSS）是在普通碳素鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素制成的。由于合金元素的強(qiáng)化作用卻使其抗拉強(qiáng)度比普通鋼板高得多。軟鋼：屈服強(qiáng)度小于210MPa高強(qiáng)度鋼

（

HSS

）

：

屈

服

強(qiáng)

度

在210～550MPa超

高

強(qiáng)

度

鋼

(

或

稱

先

進(jìn)

高

強(qiáng)

度

鋼

)（UltraHighStress

Steels，UHSS）：屈服強(qiáng)度高于550MPa圖6-37

汽車用鋼伸長率和屈服強(qiáng)度的關(guān)系二、高強(qiáng)度鋼HSS和AHSS之間的主要區(qū)別在于其顯微組織。AHSS是多相鋼，組織中含有馬氏體、貝氏體以及足以產(chǎn)生獨(dú)特力學(xué)性能的殘余奧氏體。與通常的微合金鋼相比，AHSS呈現(xiàn)出優(yōu)良的綜合性能，既有高的強(qiáng)度，有具有良好的成形性。高強(qiáng)度鋼與車身輕量化的關(guān)系最為密切，是車身輕量化后保證碰撞安全的最主要材料，高強(qiáng)度鋼的用量直接決定著車身輕量化的水平。高強(qiáng)度鋼的使用不僅可以有效降低車身重量，還可以提高車身結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和被動(dòng)安全性，節(jié)省原材料消耗。二、高強(qiáng)度鋼高強(qiáng)度鋼的優(yōu)點(diǎn)：加工硬化（或應(yīng)變硬化率）比普通鋼板高，可以吸收更多的沖擊能量，因此用于底架的前后縱梁等處和要求高強(qiáng)度、耐久性部位，可以提高汽車的安全性?？蓽p輕零件的重量。一些資料表明，若鋼板的強(qiáng)度提高40～50MPa，車身外板制件的板厚可減小10％～15％，車身內(nèi)部制件的板厚可減小20％左右。用于車身外部件，除了可減薄零件的厚度外，由于具有烘烤硬化性，在經(jīng)過油漆烘烤后，還可以增強(qiáng)零件表面硬度，提高外表面制件的抗凹陷性能。二、高強(qiáng)度鋼2007

年歐洲主要車型白車身高強(qiáng)度鋼用量占白車身重量的60%以上，日本2004

年高強(qiáng)度鋼用量達(dá)到白車身重量的40%，2010

年預(yù)計(jì)達(dá)到60%。2007

年我國白車身中高強(qiáng)度鋼平均使用比例只有17%。二、高強(qiáng)度鋼國際鋼鐵協(xié)會(huì)于1994~2002年先后開展了超輕車身（ULSAB）、超輕覆蓋件（ULSAC）、超輕車身-先進(jìn)車身概念（ULSAB-AVC）研究項(xiàng)目，以車身輕量化為目標(biāo)，通過車身的整體設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)車身輕量化的最大潛能。在ULSAB項(xiàng)目中，高強(qiáng)度鋼使用達(dá)到了64%，而在ULSAB-AVC項(xiàng)目中，幾乎100%的部件都是用了高強(qiáng)度鋼，約有80%為先進(jìn)高強(qiáng)度鋼。二、高強(qiáng)度鋼2008~2010年，國際鋼鐵協(xié)會(huì)又完成了FSV項(xiàng)目，其開發(fā)的白車身結(jié)構(gòu)中，

97%

為HSS

和AHSS

，

與對標(biāo)車型相比減重102kg

（

對標(biāo)車重290kg），減重比例約為35%。圖6-38

FSV項(xiàng)目中采用的各種高強(qiáng)度鋼二、高強(qiáng)度鋼三、鋁合金1.

鋁合金的分類及其特點(diǎn)作為有效的結(jié)構(gòu)材料，純鋁有很好的防腐性能，但力學(xué)性能太低。當(dāng)加以少量的其他合金元素后，物理性能就會(huì)大大提高，加入的主要合金元素是銅、鈦、錳、硅、鎂和鋅。有時(shí)加少量的其他元素，可得到特殊要求的性質(zhì)。鋁合金是轎車上應(yīng)用最廣泛的輕質(zhì)金屬材料。鋁合金的密度大約為鋼鐵的1/3，其有良好的吸震性能，在減輕重量的同時(shí)，可以明顯提高碰撞安全性，使得汽車前部的變形區(qū)在碰撞時(shí)會(huì)產(chǎn)生褶皺，吸收大量的沖擊力，從而保護(hù)了后面的乘坐區(qū)。國際鋁業(yè)協(xié)會(huì)在2006年初發(fā)表的一項(xiàng)研究報(bào)告中表明，鋁在汽車中的用量已超過（鑄）鐵，成為僅次于鋼的第二大汽車材料。三、鋁合金鋁合金的分類及其特點(diǎn)鋁合金根據(jù)合金元素的含量和加工工藝性能特征一般分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金是直接用鑄造方法澆注或壓鑄成零件或毛坯的鋁合金，其中又分為重力鑄造件、低壓鑄造件等，其合金元素的含量比較高，合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在8%~25%。一般鑄造鋁合金鑄造性能好，壓力加工性能差，且在實(shí)際使用中還要求鑄件具有足夠的力學(xué)性能，因此鑄造鋁合金的成分并不完全都是共晶合金，只是合金元素的含量比形變鋁合金高一些。鑄造鋁合金主要用于制造離合器殼體、變速箱殼體、后橋殼、轉(zhuǎn)向器殼體、搖臂蓋、正時(shí)齒輪殼體等殼體類零件和發(fā)動(dòng)機(jī)部件以及保險(xiǎn)杠、輪輞、發(fā)動(dòng)機(jī)框架、轉(zhuǎn)向節(jié)液壓泵體、制動(dòng)鉗、油缸及制動(dòng)盤等非發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件。三、鋁合金鋁合金的分類及其特點(diǎn)變形鋁合金是經(jīng)熔煉鑄成鑄錠后，再經(jīng)過擠壓加工形成各種型材、棒材、管材和板材。形變鋁合金中合金元素含量比較低，常用的形變鋁合金中合金元素總量小于5%，但在高強(qiáng)度形變鋁合金中可達(dá)8%~14%。變形鋁合金在汽車上主要用于制造保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車門、行李箱蓋等車身面板，車輪的輪輻、輪轂罩、車輪外飾罩、制動(dòng)器總成的保護(hù)罩、消聲罩、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、熱交換器、車身框架、座椅骨架、車廂底板等結(jié)構(gòu)件以及儀表板等裝飾件。形變鋁合金系列主要合金元素種類1000系無（99%以上的純鋁）非熱處理型合金，可形變硬化3000系錳（Al-Mn合金）4000系硅（Al-Si合金）5000系鎂（Al-Cu-Mn合金）2000系銅（Al-Cu-Mg合金）熱處理型合金6000系鎂和硅（Al-Mg-Si合金）7000系鋅（Al-Zn-Mg合金）三、鋁合金1.

鋁合金的分類及其特點(diǎn)形變鋁合金還可以根據(jù)其所含合金元素進(jìn)行分類。世界鋁業(yè)協(xié)會(huì)采用4位數(shù)字定義形變鋁合金系列，其中第一個(gè)數(shù)字表示主要的合金元素或其他合金元素，如表6-4所示。表6-4

變形鋁合金系列三、鋁合金2.

鋁合金在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用鋁合金雖然具有重量輕的優(yōu)點(diǎn)，但是要想在大量生產(chǎn)的車身結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，還需要很好地解決如下問題：由于導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性比鋼高很多，能否采用高速連接的電焊加工方法。由于鋁材抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和彈性極限都比鋼低，能否滿足相當(dāng)于鋼車身的安全性、耐久性和NVH性能。由于材料的伸長率大大低于鋼材，零件能否采用沖壓成形的加工方法。??鋁成本是鋼的5~6倍，能否做到將車輛的成本控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。圖6-39

B柱下拐角成形的幾何要求三、鋁合金鋁合金在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用（1）鋁板零件的成形性由于鋁板的伸長率比鋼低，鋁沖壓零件的拉伸深度不能太深，彎曲半徑也必須大一些，一般取內(nèi)徑不得小于一個(gè)板厚。由于結(jié)構(gòu)性能的要求，鋁沖壓件的板厚平均是鋼零件的1.5倍，所必需的彎曲半徑可能要增加不少，因此用于夾持的焊接翻邊就需要寬些。對于鋁沖壓件，一般要求拐角處最小半徑是該部位拉深深度的1.75倍。三、鋁合金鋁合金在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用（1）鋁板零件的成形性受鋁的成形性限制，鋁車身結(jié)構(gòu)劃分后的沖壓零件數(shù)量要比鋼沖壓件多。對于大約200個(gè)沖壓件的現(xiàn)有中等尺寸的鋼制轎車，置換成鋁車身，預(yù)計(jì)沖壓零件數(shù)大約增加5～10%，這是影響車身結(jié)構(gòu)成本的因素。另一方面還要考慮沖壓件經(jīng)常使用翻邊孔洞，特別是在用螺栓連接傳遞較大載荷的部位，需要有翻邊孔。由于伸長率的限制，翻邊往往需要開缺口才能成形。三、鋁合金鋁合金在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用（2）鋁車身結(jié)構(gòu)的焊接鋁的高導(dǎo)電性和高導(dǎo)熱性不利于電阻點(diǎn)焊，因?yàn)楦邔?dǎo)電性造成的熱量使鋁融化形成電容焊，而高的導(dǎo)熱性使熱量從焊點(diǎn)發(fā)散出去。由于這些因素，使鋁的電阻焊電流消耗比鋼的電阻焊電流消耗大得多，而焊接時(shí)間必須短得多。同時(shí)，電極趨于過熱，必須用水冷。與鋼焊接比較，要用更大的電極頭和更高的焊接壓力，而且觸點(diǎn)容易弄臟。若用大的電極頭，則要求有更大的翻邊，焊點(diǎn)距也不能太近，否則會(huì)產(chǎn)生電流對相鄰的焊點(diǎn)分流，導(dǎo)致熔合質(zhì)量差。由于焊點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度大大地高于抗拉強(qiáng)度，因此應(yīng)盡量使焊點(diǎn)承受剪切。同厚度的鋁焊點(diǎn)抗剪強(qiáng)度只有鋼的30％。但由于鋁車身結(jié)構(gòu)中零件板厚大約是鋼結(jié)構(gòu)零件板厚的1.5倍，所以鋁焊點(diǎn)承受剪切載荷的能力大約相當(dāng)于鋼焊點(diǎn)的50%。三、鋁合金鋁合金在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用（2）鋁車身結(jié)構(gòu)的焊接電阻點(diǎn)焊對所有軋制的鋁合金板，以及一些鋁鑄件和擠壓件是一種有效的連接方法。但鋁比鋼有較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，這就要求有不同于鋼的焊接設(shè)備、焊極尺寸、焊極壓力，以及需要較高的電流和較短的焊接時(shí)間。圖6-40

焊-膠連接三、鋁合金鋁合金在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用（3）鋁結(jié)構(gòu)的其他連接方法焊-膠連接（Weld-Bonded

Joint）。即用膠粘劑輔助點(diǎn)焊的連接方式。膠粘劑敷于選擇好的點(diǎn)焊部位的翻邊中間，點(diǎn)焊時(shí)，可穿透膠粘劑。三、鋁合金鋁合金在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用（3）鋁結(jié)構(gòu)的其他連接方法自鉆鉚接（Self-Piercing

Rivets）自鉆鉚接的原理：自鉆鉚釘在強(qiáng)大的壓力和程序控制下穿過上、下工件，在底部凹模的引導(dǎo)下鉚釘頭部分開并彎曲，形成一個(gè)高強(qiáng)度連接，整個(gè)工藝類似于訂書機(jī)在進(jìn)行材料裝訂，不需要在連接處預(yù)先打孔。目前，在具有表面保護(hù)層的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料中應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)不同金屬材料的連接，如鋁材與鋼材之間的連接。在連接具有表面涂層的材料時(shí)，不會(huì)破壞零件的表面質(zhì)量。還可以用于不同厚度零件之間的連接。三、鋁合金鋁合金在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用（4）奧迪全鋁合金車身結(jié)構(gòu)在輕量化鋁質(zhì)車身結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中，奧迪一直是開拓者和技術(shù)領(lǐng)先者。1984年，奧迪公司開始同美國鋁業(yè)公司合作研發(fā)鋁合金車身。1985年，漢諾威交易會(huì)上，奧迪首次展示采用鋁制車身外殼的奧迪100，但僅是外覆蓋件為鋁合金材料。三、鋁合金鋁合金在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用（4）奧迪全鋁合金車身結(jié)構(gòu)1993年，法蘭克福車展上首次提出ASF概念，這是真正意義上的全鋁車身。1994年，日內(nèi)瓦車展上全鋁車身奧迪A8首次向全球推出第一代ASF車身。1998年，奧迪與加拿大鋁業(yè)公司合作研發(fā)第二代ASF車身，并用于批量生產(chǎn)奧迪A2。三、鋁合金鋁合金在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用（4）奧迪全鋁合金車身結(jié)構(gòu)如今，奧迪的ASF技術(shù)，已經(jīng)運(yùn)用于A8、TT、R8等眾多量產(chǎn)車型上。世界上沒有任何一家汽車生產(chǎn)商能夠在量產(chǎn)輕量化車型數(shù)量上達(dá)到奧迪的領(lǐng)先水平，至今奧迪已經(jīng)生產(chǎn)了近60萬臺(tái)鋁質(zhì)車身結(jié)構(gòu)的車型。四、鎂合金鎂是比鋁更輕的金屬材料，密度只有鋁的2/3，鐵的2/9。但與鋁合金相比，鎂合金的研究和發(fā)展還很不充分，應(yīng)用也很有限。盡管鎂合金在當(dāng)前汽車用材中所占的比例不到1%，但是在輕量化的驅(qū)動(dòng)下，鎂合金的應(yīng)用受到世界各大汽車生產(chǎn)企業(yè)的重視。以美國為例，在一些車型上鎂合金用量為5.8~26.3kg/輛。歐洲的鎂合金用量僅次于北美，部分車型上的鎂合金用量可達(dá)9.3~20.3kg。鎂合金除具有較小的密度外，還有較高的比強(qiáng)度、比彈性模量和剛性，比強(qiáng)度約為鋁的1.8倍。有較高的穩(wěn)定性，鑄件和加工件尺寸精度高。具有良好的阻尼系數(shù)，良好的減震降噪性能。電磁屏蔽性好，尤其適用于電磁干擾嚴(yán)重的電動(dòng)汽車。與塑料相比，可回收性能好；切削加工性能極好；鑄造成形性能好，鎂合金鑄件最小壁厚可達(dá)0.6mm，而鋁合金為1.2~1.5mm。鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金。變形鎂合金的研究開發(fā)嚴(yán)重滯后，不能適應(yīng)不同應(yīng)用場合的要求。汽車用的鎂合金材料目前以鑄造鎂合金為主，如AM(Mg-Al)、AZ(Mg-Al-Zn)、AS(Mg-Al-Si)、AE(Mg-Re錸)四大系列鑄造鎂合金。變形鎂合金主要有Mg-Al-Zn系合金和Mg-Mn-Zr（鋯）系合金兩大類，主要用于車身組件的外板、車門窗框架、座椅框架、底盤框架、車身框架等，有很大的應(yīng)用潛力。四、鎂合金五、復(fù)合材料復(fù)合材料是指將兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)不同的物質(zhì)結(jié)合起來而制得的一種多相固體材料。復(fù)合材料通常由基體和增強(qiáng)體復(fù)合而成。復(fù)合材料按性能分類，可分為功能型復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)型復(fù)合材料兩種；復(fù)合材料按基體分類，可分為高分子基（PMC）、金屬基（MMC）和陶瓷基（CMC）復(fù)合材料；按增強(qiáng)相的種類、形狀分類，可分為顆粒狀、層狀和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用最多，高分子基的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料通常稱纖維增強(qiáng)塑料（FRP），金屬基的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料稱纖維增強(qiáng)金屬（FRM），陶瓷基的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料稱纖維增強(qiáng)陶瓷（FRC）。五、復(fù)合材料用復(fù)合材料制成的車身具有以下特點(diǎn)：質(zhì)量輕。復(fù)合材料的密度小，如玻璃纖維增強(qiáng)材料（GFRP，俗稱玻璃鋼）的密度為1.6~2.4g/cm3，用它制作車身可大大減輕質(zhì)量。耐腐蝕，車身壽命長。復(fù)合材料均有不生銹、耐酸等耐蝕性能好的特點(diǎn)，特別是玻璃纖維增強(qiáng)材料，幾乎同玻璃一樣具有不生銹和耐腐蝕的能力。具有高韌性和抗沖擊能力。用復(fù)合材料制成的零部件當(dāng)受到?jīng)_擊力的作用時(shí)，塑性變形大，韌性好，因此具有緩沖、減振、降噪等優(yōu)點(diǎn)；能吸收碰撞能，有利于保護(hù)乘客。保溫隔熱性好。除碳纖維增強(qiáng)材料外，復(fù)合材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力差，所以能起到很好的保溫、隔熱作用。五、復(fù)合材料五、復(fù)合材料用復(fù)合材料制成的車身具有以下特點(diǎn)：成型性好。由于纖維增強(qiáng)材料（FRP）的流動(dòng)性和層壓性好，使車身表面可制成形狀各異的曲面，既滿足車身外形的藝術(shù)造型要求，又減小了空氣阻力。車身部件大型化。應(yīng)用復(fù)合材料可以制造集許多單一零件和功能于一體的多功能部件，或大型整體部件，從而減少零部件數(shù)量，簡化車身裝配工序，提高部件剛性和造型整體性。著色性好。材料利用率高。在車身上使用最多的復(fù)合材料是玻璃纖維增強(qiáng)材料（GFRP，俗稱玻璃鋼）和碳纖維增強(qiáng)材料（CFRP）。GFRP與金屬材料相比，具有質(zhì)量輕，比強(qiáng)度、比剛度高，耐腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)。使用GFRP的零部件主要有：車身外板零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車頂蓋、行李箱蓋、前圍護(hù)板、燈罩及保險(xiǎn)杠等；車內(nèi)板件，如輪罩（擋泥板）、門窗內(nèi)裝飾框及變速桿等。CFRP的主要原料與GFRP基本相同，只是所用增強(qiáng)材料為碳纖維。碳纖維由人造絲、瀝青、聚丙烯等原料制成。與GFRP相比，CFRP密度低（為1.38g/cm3），而抗拉強(qiáng)度高，耐蝕性、耐磨性好，有一定的減振和隔振性能（只是耐沖擊性、耐熱性較差）。五、復(fù)合材料寶馬公司2011年發(fā)布的全新開發(fā)的純電動(dòng)轎車i3采用CFRP車身結(jié)構(gòu)，使得整車質(zhì)量僅1250kg，比傳統(tǒng)純電動(dòng)汽車減輕了250~350kg，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了最高級別的碰撞安全保護(hù)。圖6-44

寶馬純電動(dòng)轎車i3碳纖維車身結(jié)構(gòu)五、復(fù)合材料（一）輕量化設(shè)計(jì)基本原則輕量化設(shè)計(jì)是一個(gè)多層級的過程，往往需要系統(tǒng)考慮材料、性能、工藝等要求以及多次

的迭代，才能獲取性能與質(zhì)量的最佳平衡點(diǎn)。通常而言，汽車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循的原則如下。１）盡量直接的力導(dǎo)入與力平衡。設(shè)計(jì)中應(yīng)使盡可能將受力直接導(dǎo)入到主承載結(jié)構(gòu)上，

以充分提升材料利用率，在滿足性能要求的同時(shí)盡可能減少質(zhì)量。２）盡量大的慣性矩與阻力矩。在承受彎曲、扭轉(zhuǎn)和壓彎載荷的設(shè)計(jì)中，可將較多的材

料從結(jié)構(gòu)中心移開，在盡可能的面積上實(shí)現(xiàn)大的慣性矩和阻力矩。３）輕盈的結(jié)構(gòu)?？刹捎眉咏畋”诨?/p>

“三明治”等輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)通常具有優(yōu)異的

比剛度、比強(qiáng)度。（一）輕量化設(shè)計(jì)基本原則４）利用曲率的自然支承作用。通過預(yù)彎曲設(shè)計(jì)，利用自然支承作用提高直盤和直板的

抗彎剛度和翹曲剛度。５）在未承載方向進(jìn)行有針對性的加固設(shè)計(jì)。有效利用正交各向異性設(shè)計(jì)或材料力學(xué)中

的各向異性，以提高結(jié)構(gòu)的承載能力和不穩(wěn)定極限。６）遵循一體化設(shè)計(jì)原則。輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先遵循一體化原則，由盡量少的單一件

構(gòu)成。７）引入空腔。為了在保持剛度不變的前提下減輕重量，可以在承受很小載荷的區(qū)域設(shè)

置減重孔（二）輕量化設(shè)計(jì)方法隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將有限元分析方法與優(yōu)化設(shè)計(jì)方法相結(jié)合的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，成為汽車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)的有效方法之一，在汽車開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。優(yōu)化任務(wù)需根據(jù)

實(shí)際情況建立優(yōu)化模型，主要包括設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)約束和設(shè)計(jì)變量。從輕量化的角度來看，

可將質(zhì)量作為設(shè)計(jì)目標(biāo)、剛強(qiáng)度等性能作為設(shè)計(jì)約束，也可將性能作為設(shè)計(jì)目標(biāo)、質(zhì)量作為

設(shè)計(jì)約束。結(jié)構(gòu)優(yōu)化按照變量類型可分為拓?fù)鋬?yōu)化、形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化三種類型。

其中，拓?fù)鋬?yōu)化多用于概念設(shè)計(jì)階段，形狀和尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。（二）輕量化設(shè)計(jì)方法1.

拓?fù)鋬?yōu)化拓?fù)鋬?yōu)化是一種較為高級的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，是指在一定的設(shè)計(jì)空間內(nèi)，通過優(yōu)化材料的分布使結(jié)構(gòu)性能達(dá)到規(guī)定要求的一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，是有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化高度融合

的一種設(shè)計(jì)方法。由于拓?fù)鋬?yōu)化具有較大的設(shè)計(jì)自由度，往往能提供創(chuàng)新設(shè)計(jì)構(gòu)型，因此常

應(yīng)用于概念設(shè)計(jì)階段。在結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化領(lǐng)域，較為常用的是連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化方法，主要包括

變