昨天，我們?yōu)榇蠹抑v述了

車身輕量化的思路及途徑之一 輕量化材料的應(yīng)用

今天，我們就接著昨天的話題繼續(xù)為大家講述車身輕量化的思路及途徑的第二個(gè)重要方法——輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

除直接運(yùn)用輕量化材料代替普通鋼板外，還需要對(duì)車身整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)汽車零部件的整體化、集成化和精簡(jiǎn)化。

輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展，一般利用 CAD、CAE 技術(shù)進(jìn)行車身布局設(shè)計(jì)和車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對(duì)各構(gòu)件的形狀、配置、板厚進(jìn)行強(qiáng)度以及剛性的計(jì)算和分析，在保證性能的前提下，尋求零部件壁厚減薄、數(shù)量精簡(jiǎn)和結(jié)構(gòu)的整體化、合理化設(shè)計(jì)。圖 6 所示為吉利汽車 FE 車型散熱器上橫梁總成通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、精簡(jiǎn)制件，在保證安全的前提下減重2.2 kg。

1. 布局優(yōu)化

布局優(yōu)化即考慮實(shí)際工況來(lái)實(shí)現(xiàn)車身整體或局部結(jié)構(gòu)的最佳布局形式，如采用前置前驅(qū)布置可減少很多傳動(dòng)系統(tǒng)制件從而達(dá)到減重目的，另外，采用承載式車身可以取消車架從而大大減輕車身重量。

2. 尺寸優(yōu)化

尺寸優(yōu)化過(guò)程中，往往根據(jù)質(zhì)量、強(qiáng)度等優(yōu)化目標(biāo)對(duì)板厚、梁截面及截面慣性矩等尺寸進(jìn)行優(yōu)化，使應(yīng)力分布均勻化，而且，尺寸優(yōu)化一般以汽車零部件的形狀尺寸為變量，以滿足各種工況下的剛度、振動(dòng)、強(qiáng)度和吸能性等。汽車設(shè)計(jì)中線性靜力學(xué)問(wèn)題和線性振動(dòng)問(wèn)題可以使用傳統(tǒng)的數(shù)值優(yōu)化算法對(duì)輕量化直接進(jìn)行設(shè)計(jì)，以線性彈性尺寸優(yōu)化為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法可以對(duì)汽車上使用的零部件進(jìn)行優(yōu)化并對(duì)汽車進(jìn)行減重。

3. 形狀優(yōu)化

形狀優(yōu)化即通過(guò)適當(dāng)改變制件的外形使結(jié)構(gòu)更加均勻地受力，具體措施是對(duì)汽車結(jié)構(gòu)整體或局部進(jìn)行形狀優(yōu)化，從而使材料能夠發(fā)揮出更大的潛力。工程師們一般利用有限元法來(lái)避免應(yīng)力高峰，使應(yīng)力分布盡可能均勻化，具體做法是向承受高負(fù)荷的部位儲(chǔ)存或增強(qiáng)材料，在承受低負(fù)荷的部位減薄或去除材料。

4. 拓?fù)鋬?yōu)化

拓?fù)鋬?yōu)化即對(duì)指定設(shè)計(jì)空間的材料分布進(jìn)行分析，通過(guò)拓?fù)渌惴ㄗ詣?dòng)得到最優(yōu)化的動(dòng)力傳遞路徑以達(dá)到盡可能多節(jié)省材料的目標(biāo)。拓?fù)鋬?yōu)化就是尋求材料在空間的最佳分布，被廣泛承認(rèn)是一種最具有應(yīng)用價(jià)值的方法，常用的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法有均勻化方法和變密度法。在工程分析過(guò)程中，為了更清晰地定義設(shè)計(jì)空間、目標(biāo)和約束，如圖 7 所示，一般遵循該流程。