轿车车身结构设计论文

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摘要:轿车车身是轿车的重要组成部分，整车的产品性能很大一部分取决于车身的性能，因此，轿车车身结构设计在汽车制造工业中的重要性不言而喻。本文对汽车车身结构设计的特点以及有限元模型进行了简单的论述，对汽车车身结构设计的优化进行了较为系统的分析。

关键词:轿车车身;有限元模型;优化设计

现如今，轿车已经成为了我们生活中必不可少的交通工具。一个国家的汽车制造水平，也一定程度上反映了这个国家的科学技术水平。在发达国家，汽车的普及率非常高，平均每个家庭拥有2－3辆不同的轿车，然而，在中国，汽车的普及率却远远低于发达国家。由于汽车在我国的巨大市场潜力以及汽车制造行业对我国经济发展的大力推动，汽车产业已经成为了国民经济的支柱型产业。［1］但是，我国现在汽车制造业的制造水平，与发达国家的汽车制造水平相比，仍然存在比较大的差距。而车身又是汽车组成中相当重要的一部分，车身的好坏会对汽车本身产生直接影响，因此，如何优化设计汽车车身结构，成为了一个非常重要的命题。

1汽车车身结构设计对整车的影响

汽车车身对于整车结构来说，处于相当重要的地位，无论是重量还是制造成本，都在整车当中占了极大的比重。一辆车的美观性，舒适性以及安全性需要由车身的结构设计特点来决定，车的操作的稳定性和动力性需要由车身结构的外形以及特性来决定，由此可见，汽车车身的发展，决定了汽车整车的发展。

2现代汽车车身结构特点以及设计要求

(1)轻量化是目前车身设计中的主流。在激烈的市场竞争中，能够设计出质量更轻便，成本更低的汽车，已经成为了一种强有力的竞争手段。(2)车身结构设计中最优先考虑的舒适性和安全性。目前承载式车身结构已经成为车身设计中的主流，主要原因就是这种结构不仅能给驾驶者带来舒适的驾驶感受，同时也能给予驾驶者一定程度上安全的保障。(3)凭借现代汽车开发技术，优化设计过程，需要尽可能缩短车身结构的开发周期。缩短整车的开发周期，对于汽车制造商来说，不仅能够极大地节省研发成本，还能在瞬息万变的市场中，提高自己的生存能力。(4)设计与分析并行。在汽车设计的过程中，车身结构分析全程贯穿其中，在设计的同时进行分析，这样设计出来的方案，无需再做太大的改动。车身的开发周期又被大大的缩短了。(5)无时无刻不在优化的思想。随着人们生活水平的不断提高，消费者对于汽车各项性能方面的要求不断提高，这也促使了汽车生产商需要不断地提高自身的竞争力，在设计中引入优化的设计思想。(6)现代车身结构设计要满足如下几个方面的要求:车身结构的动力性能要求;理想的碰撞特性;轻量化和低成本;遵循总布置尺寸约束;基于平台的系列设计;满足车身制造要求，易于维护和拆装方便。［2］

3有限元

3．1概念及应用

在汽车CAD/CAE技术中，有限元分析方法和软件技术非常的重要。汽车结构复杂，对它进行性能研究以及设计的优化，有限元是最合适的选择。在工程技术方面，对于不规则的几何体，支撑情况比较复杂的结构以及零部件的计算和分析，有限元都有着相当大的优势。因为这些优势，它在多种交通工具的设计中都能得到普遍的应用。

3．2有限元运用在车身结构设计中

汽车的车身对于整车来说，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，之后的改变造型也很困难。所以需要在设计的初期用有限元的方法对车身的结构以及需要的零部件进行计算，算出它的使用强度的使用寿命，极大地减轻了人力物力财力，因此车身结构有限元方法在汽车生产商中非常受欢迎。有限元建模在汽车结构中主要起到了简化汽车结构的几何模型、确定制造所需要的材料的属性、单元的选择以及网格的划分、用来连接和装配有限元的模型的作用。汽车结构的有限元模型一般分为板壳的单元模型、梁的单元模型和板梁结合的单元模型这三种。

3．3有限元建模的基本流程

如果要用有限元进行结构分析，首先要建造有限元的汽车模型，建立不同的模型，最后分析出来的结果也不一样，因此有限元分析结果的可信用程度，最终是由建立的分析模型决定的。在建立模型的时候，既要准确的反应汽车的实际特性和结构，又要尽可能的简化，这样才可以保证在花费最少的计算资源的情况下得出最精确的结果。一般有两种建模方法:一是用CAD软件建立整个的CAD模型，然后将模型中单个的零件的文件转变成CAE能够识别的格式，将其导入CAE中，经过修正以及网格的划分，得到单个的CAE模型。另一种方法是利用CAE软件中的建模功能直接在CAE中建立与实际尺寸相同大小的零件模型，然后通过同样的方法来得到整个结构的CAE模型［3］。如果要制造复杂的曲面造型，用CAD造型软件会比CAE软件更方便一些。

4车身结构优化设计

优化设计是一门新型的学科，可以建利用有限元分析方法，将结构设计从被动的校验设计转变为主动的改善设计，提高设计的快速性和准确性，可以大大缩短产品的设计周期，从而提升产品的质量。结构优化现在大部分都采用准则法。准则法提出优化设计要满足的一些准则，用迭代法来求出满足这些准则的解。［4］优化准则法最突出的特点就是迭代次数少，而且设计变量的增加对其影响不大，所以计算效率很高，同时也有利于编程。但是它在建立迭代公式的过程中要经常引入一些假设，这些假设常常与研究的问题的特点有关，所以它的通用性也受到了一些限制。

5结语

车身结构设计，和有限元的建模分析工作，涉及了各方面的专业知识，包括材料学、结构力学、优化理论等等。而且由于国内关于这方面的研究工作刚刚起步，自主开发缺乏经验，能力较弱。因此在汽车车身结构设计方面，在我国还有相当大的发展空间。本文对汽车车身机构设计的特点以及有限元模型的一些基本论述，以及车身优化结构设计的讨论，对我国的汽车制造工业的发展，具有一定的参考价值。

作者:史笑夫 郭蔷 单位:华晨汽车工程研究院

参考文献:

［1］高书娜．轿车车身结构分析与设计技术研究［D］．重庆:重庆大学，2006．

［2］陈洪亮．轿车车身结构力学特征及轻量化设计［D］．武汉:武汉理工大学，2009．

［3］雷明准．轿车车身刚度分析与结构优化研究［D］．合肥:合肥工业大学，2009．

［4］张胜俊．轿车车身结构振动特性研究与设计优化［D］．武汉:武汉理工大学，2010．