岳濤 汪小朋 陳樂強(qiáng)

摘 要：文章基于車身輕量化項(xiàng)目，從白車身靜剛度的角度出發(fā)，運(yùn)用CAE方法對(duì)輕量化的方案進(jìn)行優(yōu)化分析，找出合適的輕量化方案。

關(guān)鍵詞：輕量化；車身；CAE

中圖分類號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）12-54-02

Abstract： This paper was written based on Lightweight-project， CAE-technology was used to find suitable the best Lightweight-method， from the point of body-in-white static stiffness optimization.

Keywords： Lightweight； body-in-white； CAE

CLC NO.： U467 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-54-02

引言

據(jù)研究資料顯示，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；汽車整備質(zhì)量，每減少100kg，百公里油耗可降低0.3～0.6升，汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%。

目前國(guó)內(nèi)外汽車輕量化技術(shù)發(fā)展迅速，主要的輕量化措施是輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析，以及輕質(zhì)材料在汽車上的應(yīng)用，包括鋁、鎂、高強(qiáng)度鋼、復(fù)合材料、塑料等。其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，一般是通過更優(yōu)化的設(shè)計(jì)，來減小車身骨架及車身鋼板的質(zhì)量，同時(shí)對(duì)車身強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核，以確保汽車在滿足性能的前提下減重。

白車身靜剛度主要包括靜態(tài)抗彎曲剛度和靜態(tài)抗扭轉(zhuǎn)剛度。車身的抗彎剛度和抗扭剛度在很大程度上決定著車身的品質(zhì)。經(jīng)受很大變形的柔性車身殼體，如果其抗扭剛度不夠的話，則將不能以應(yīng)有的方式承受彎曲的作用，因此，良好的車身應(yīng)當(dāng)具有剛性殼體。車身是轎車的關(guān)鍵總成。車身結(jié)構(gòu)必須具有足夠的剛度以保證其裝配和使用要求。

本文從車身剛度的角度出發(fā)，運(yùn)用CAE方法，結(jié)合結(jié)構(gòu)膠新技術(shù)，對(duì)車身輕量化進(jìn)行研究。

1 有限元分析技術(shù)及使用軟件簡(jiǎn)介

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值分析理論的發(fā)展，CAE技術(shù)在現(xiàn)代汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)中扮演著越來越重要的角色，幾乎貫穿了汽車設(shè)計(jì)的全過程，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)和工程分析技術(shù)相結(jié)合形成的新興技術(shù)。

MSC.Nastran是由MSC.Software公司推出的一個(gè)大型結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，主要的分析功能有：靜力學(xué)分析、屈曲分析、動(dòng)力學(xué)分析、熱分析、空氣動(dòng)力學(xué)彈性及顫振分析、流固耦合分析、多級(jí)超單元分析、高級(jí)對(duì)稱分析等，本文主用運(yùn)用Nastran對(duì)車身靜剛度進(jìn)行分析。

2 某款轎車車身輕量化研究

根據(jù)輕量化項(xiàng)目要求，車身需要在不改變結(jié)構(gòu)的情況下進(jìn)行減重，減重后白車身的靜剛度維持減重前的水平。

2.1 現(xiàn)狀態(tài)車身靜剛度分析

在減重方案制作之前，需要對(duì)現(xiàn)狀態(tài)的白車身靜剛度進(jìn)行性能摸底，按照項(xiàng)目要求，減重前的白車身靜剛度作為減重方案的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

沿左右縱梁布置位移測(cè)點(diǎn)，考察白車身在彎曲工況和扭轉(zhuǎn)工況下車身靜剛度。分析結(jié)果如下所示：

現(xiàn)狀態(tài)白車身靜剛度分析結(jié)果如下所示：

2.2 減重方案車身靜剛度分析

按照要求，對(duì)車身進(jìn)行減重，減重方案如下所示：

包括側(cè)圍、頂棚、中央通道等比較大的件均進(jìn)行了減薄處理，減重方案白車身靜剛度分析結(jié)果如下表所示：

從分析結(jié)果上看，減重方案對(duì)白車身靜剛度影響較大，扭轉(zhuǎn)剛度下降了7.68%，彎曲剛度下降了9.81%，不能滿足項(xiàng)目減重后車身剛度保持原先水平的要求，需要對(duì)減重方案進(jìn)行優(yōu)化。

2.3 車身減重方案優(yōu)化

按照項(xiàng)目要求，不能對(duì)車身進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改動(dòng)，只能在鈑金的厚度上做優(yōu)化，但是增加鈑金的厚度以達(dá)到車身剛度提升的方法有悖于項(xiàng)目減重的初衷，因此需要在減重方案的基礎(chǔ)上引進(jìn)新的技術(shù)方案。

結(jié)構(gòu)膠是近來新興的一種技術(shù)，結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度高、抗剝離、耐沖擊、施工工藝簡(jiǎn)便。用于金屬、陶瓷、塑料、橡膠、木材等同種材料或者不同種材料之間的粘接?？刹糠执婧附?、鉚接、螺栓連接等傳統(tǒng)連接形式。結(jié)合面應(yīng)力分布均勻，對(duì)零件無熱影響和變形。

在車身連接薄弱的位置填加結(jié)構(gòu)膠增強(qiáng)部件之間的連接，可有效的提升車身剛度，而且結(jié)構(gòu)膠的質(zhì)量很小，不會(huì)對(duì)車身質(zhì)量造成很大的影響。

根據(jù)分結(jié)果，在車身較弱的位置填加結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行分析。根據(jù)分析結(jié)果填加的結(jié)構(gòu)架如下圖所示：

對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行白車身靜剛度分析，分析結(jié)果如下所示：

從分析結(jié)果上看，優(yōu)化方案的分析結(jié)果扭轉(zhuǎn)剛度不但達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且還提升了4.4%，彎曲剛度有0.8%的下降，可以接受。從提供的結(jié)構(gòu)膠材料參數(shù)來看，重量?jī)H增加了0.141kg。

3 結(jié)論

汽車輕量化是現(xiàn)在和未來汽車發(fā)展的一個(gè)重要課題，在輕量化的同時(shí)，車身剛度不能有很大的變化，因此在制作方案的階段需要對(duì)方案的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，CAE則是進(jìn)行預(yù)測(cè)分析的最佳工具。

本文運(yùn)用CAE方法從白車身靜剛度的角度對(duì)車身輕量化進(jìn)行分析，并在減重方案的基礎(chǔ)上采用結(jié)構(gòu)膠的方法對(duì)車身剛度進(jìn)行優(yōu)化，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

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