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轿车车身结构设计论文
轿车车身结构设计论文 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
