轎車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計

王松　姜奎

摘要：隨著當今經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生活質(zhì)量也有著很大的提升，對于汽車的需求也更多，在汽車性能上的要求也變的更高。對于汽車來講，其車身的結(jié)構(gòu)有著非常重要的作用，能夠在很大的程度上決定整個汽車的整體性能。本文就將對汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點進行闡述，并且提出一些優(yōu)化的方法。

關(guān)鍵詞：轎車車身；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化

汽車產(chǎn)業(yè)經(jīng)過之前幾十年的發(fā)展已經(jīng)有著很好的基礎(chǔ)，在當前社會中，人們對于汽車的研究主要集中在三個方面，安全，節(jié)能和環(huán)保。為了更好的去優(yōu)化汽車的性能，人們需要從車身設(shè)計方面進行考慮，讓車身結(jié)構(gòu)變的更加的輕，結(jié)構(gòu)也更強，這樣才能夠促進汽車產(chǎn)業(yè)向著更好的方向發(fā)展。

一、轎車車身結(jié)構(gòu)分析

（一）結(jié)構(gòu)的特點

在當前的社會中，轎車結(jié)構(gòu)的設(shè)計對于汽車的整體性能有著很大的影響，對汽車的制造成本也有著決定性的作用。轎車作為一種大眾化的用車，其美觀性和舒適性對于消費者來講也有著很大的吸引力，因此在進行車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計的時候，應(yīng)當要盡量讓汽車更加的美觀舒適，這樣才能夠讓消費者更加樂意去進行選擇。輕量化在當前的結(jié)構(gòu)設(shè)計中也有著很重要的作用，在一定程度上能夠降低汽車的造價，讓汽車產(chǎn)業(yè)有著更好的發(fā)展。

（二）剛度結(jié)構(gòu)分析

車身結(jié)構(gòu)的剛度在一定程度上能夠反映出車身結(jié)構(gòu)的性能，對車身剛度進行分析的目的是在進行汽車裝備的時候能夠讓各種器件之間進行無縫連接，不讓其變形強度太大?，F(xiàn)代轎車中很多都會采用承載式的車身結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計有著很大的優(yōu)點，讓轎車的車身更加的輕便，在操作上也會更加的穩(wěn)定。承載式車身能夠有效的承載車身大部分的重量，在扭轉(zhuǎn)、彎曲或者碰撞時能夠有著更好的剛度。轎車中如果對車身的剛度設(shè)計不夠合理，在負荷較大的情況時就會引起一些事故，例如窗口等部分產(chǎn)生大的變形，讓車身的密封性降低，剛度設(shè)計不夠合理還會影響到車身的舒適性，讓車身產(chǎn)生更加明顯的震蕩性，對汽車內(nèi)部其他的部件造成損害，對車身表面也有著一定的傷害。在汽車行駛的過程中，由于汽車剛度的不足會對其操作、平順性和安全等有影響，因此在進行汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計的時，應(yīng)當要在汽車的車身重量和結(jié)構(gòu)的剛度之間進行平衡，讓汽車的性能能夠更好。

（三）有限元

在對汽車進行設(shè)計的時候，由于其模型較為的復(fù)雜，在處理起來會遇到很大的困難，就應(yīng)當要運用有限元去進行計算和分析。在進行車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，其制作需要的材料較為的特殊，并且成本較高，并且還需要去進行建模，一旦建成之后就很難再去進行更改，因此在進行設(shè)計的時候需要運用有限元的方法去對車身的結(jié)構(gòu)得出一個明確的結(jié)果，對車身建造需要的各種部件也要準確的計算出來，這樣在進行建造的時候就會有著一個確定的模型，減少出現(xiàn)錯誤的幾率，因此有限元在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中有著重要的作用。在進行汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計時，利用有限元建模能夠?qū)ζ嚨哪Ｐ瓦M行簡化，能夠反映出汽車的實際特性，從而得出最為精確的結(jié)果。

二、車身設(shè)計改進策略

（一）焊點有限元建模方法

在進行車身建造的時候，需要對汽車的車身結(jié)構(gòu)進行焊接，一般人們是采用電阻電焊的方法對其進行焊接，就是將需要進行焊接的地方放在兩個電極的中間，在電極之間通入電流，利用電力產(chǎn)生的高溫融化焊件，從而實現(xiàn)無縫連接。這樣焊接的優(yōu)點是質(zhì)量輕，并且具有很高的強度，對汽車的下一步建造也提供了很大的便利，整個汽車需要有著很多的焊點，對這些焊點也需要進行分析，這樣才能夠保證汽車整體有著較好的質(zhì)量。焊點的分布較為密集，在進行建模的時候會有著很大的困難，因此其模型的精確度對于汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計來講有著重要的影響。目前來講，焊點模型可以分成兩大類，一類是有焊點應(yīng)力狀態(tài)的模型，另一類是無焊點應(yīng)力的模型。對于進行焊點應(yīng)力計算的模型來講，由于要對這些焊點進行更加精細的處理，因此在建模的時候需要有著更加精確的模型，對于不需要對應(yīng)力進行計算的模型來講，僅僅要求能夠準確的模擬出焊點的剛度和結(jié)構(gòu)的連接，因此不需要極為準確的模型。

（二）車身有限元建模

對于承載式車身來講，其車身較為復(fù)雜，并且有著很多的特殊的結(jié)構(gòu)，因此在進行建模的時候也會遇到一定的阻礙。在車身的金屬板上分布著大量的孔，在進行裝配的時候能夠更加的方便快捷，在對其進行建模處理的時候，應(yīng)當要采用動力學和靜力學共同進行分析，對于車身來講，由于一些直徑較小的孔對于模型的影響非常小，因此可以進行忽略，對于另外一些車身上的結(jié)構(gòu)，也可以適當?shù)娜ズ雎裕@樣能夠有效的提升有限元的建立效率，并且能夠得到質(zhì)量較高的單位，這樣能夠在一定的程度上提升計算的精度。在當前利用計算機進行建模能夠達到更快和更加精確的速度，有限元模型能夠更為精細。

（三）優(yōu)化數(shù)學模型

在進行模型建立的時候，也需要利用數(shù)學去進行解決，在確定優(yōu)化問題的數(shù)學模型時，應(yīng)當要對結(jié)構(gòu)的特性進行設(shè)計，了解單元的各種物理參數(shù)、材料的一些特性等。在進行設(shè)計的時候一般都會存在一個上限和下限，這樣就會對問題的優(yōu)化限定了一個范圍，人們將其稱為結(jié)構(gòu)邊界，另外在進行對于問題的優(yōu)化的解決時，應(yīng)當要滿足性能的要求，例如強度、剛度等，人們將其稱為狀態(tài)變量。一般來講，狀態(tài)變量對于結(jié)構(gòu)有著一定的響應(yīng)，能夠構(gòu)成設(shè)計變量的非線性隱函數(shù)，這就給優(yōu)化問題的實際帶來了另一個范圍。還有著另一個約束是目標函數(shù)，利用目標函數(shù)能夠去尋找最優(yōu)化的量，讓質(zhì)量或者強度等達到一個最好的狀態(tài)。目標函數(shù)能夠隨著設(shè)計的變量要求進行改變，這樣能夠更好去解決遇到的一些問題。在汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計中一般遇到的都會是非線性多變量的約束優(yōu)化問題。

三、總結(jié)

在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要利用有限元去進行建模分析，這涉及到多方面的問題，在國內(nèi)，對于這方面的研究才剛剛起步，還沒有形成一個良好的基礎(chǔ)，沒有很好的經(jīng)驗。因此在車身設(shè)計方面我國還需要進行不斷的努力，優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)的設(shè)計，希望本文能夠有所幫助。

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（作者單位：華晨汽車工程研究院）