異種材料輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化和連接技術(shù)

汽車輕量化在改善燃油經(jīng)濟性、降低排放方面起著重要作用，而車身輕量化在汽車輕量化中起著舉足輕重的作用。車身輕量化的實現(xiàn)可通過采用輕量化材料或?qū)嚿磉M(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化來實現(xiàn)。應(yīng)用輕量化材料的過程，涉及到異種材料的連接技術(shù)。對異種材料車身進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以進(jìn)一步減輕車身質(zhì)量。因此，介紹了車身異種材料連接技術(shù)和車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。

在汽車車身中，異種材料的連接可分為金屬和金屬材料的連接以及金屬和非金屬材料的連接。傳統(tǒng)的熔焊連接方法，由于兩種材料的冶金不相容性，因此在連接界面處可能形成脆性化合物，或者由于兩種材料的熱物理性能不匹配而產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這些都將影響連接處的力學(xué)特性。采用膠接連接或機械連接技術(shù)可解決上述問題?？紤]到采用異種材料的目的是實現(xiàn)車身的輕量化，而機械連接可能抵消取得的輕量化成果。因而，采用膠接連接技術(shù)來實現(xiàn)異種材料的連接。采用拓?fù)鋬?yōu)化方法可實現(xiàn)車身的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并對車身材料分布進(jìn)行優(yōu)化，使車身材料更好地發(fā)揮性能。車身結(jié)構(gòu)采用拓?fù)鋬?yōu)化方法時，設(shè)定車身質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)，將車身框架的橫截面積和車身覆蓋件的厚度作為設(shè)計變量，將車身各部分承受的負(fù)載和相應(yīng)的幾何形狀作為約束條件。考慮到實現(xiàn)車身輕量化會導(dǎo)致的成本增加，將包括材料成本和制造成本在內(nèi)的車身成本作為另一個目標(biāo)函數(shù)。將車身質(zhì)量目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化后的結(jié)果與車身制造成本相結(jié)合，并采用參數(shù)化優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化。利用Ansys Workbench V14.5軟件對所采用的材料連接技術(shù)和車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，通過采用輕量化材料，并進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化和參數(shù)化優(yōu)化，可減輕車身質(zhì)量30%～35%，且不會顯著影響車身的性能和成本。

AnujAnand etal.SAE 2016-01-1394.

編譯：李臣