申華

摘要：得益于我國改革開放以及大量發(fā)展經濟等惠民政策的出臺，我國人民的生活也隨之得到了質的飛躍，因此人們已從解決溫飽的問題轉到了生活享受方面，其中汽車便成為了人們最常見的代步工具之一，其給人們普遍的感受就是出行方便以及行駛速度快等特點。然而如今的轎車車身結構力學特征以及結構量化設計等方面還存在著諸多不足，這些不足在一定的程度上阻礙了整個汽車行業(yè)的發(fā)展，所以亟待人們更加深入地對其進行剖析和解決。因此本文將對以往的轎車量化設計的發(fā)展歷史以及當今的發(fā)展狀況進行簡要的闡述，然后進一步結合轎車車身結構力學的特征，進而有針對性的提出能夠有效的實現(xiàn)轎車整體輕量化的設計措施，以期能夠為我國轎車行業(yè)的健康良好的發(fā)展提供參考意見。

關鍵詞：轎車；車身結構；力學特征；輕量化；設計

輕量化設計已成為國內外汽車行業(yè)的重要研究課題。自汽車誕生以來，它與社會成員的個人生活息息相關。通過汽車的應用，不僅社會各個成員的移動速度得到了顯著提高，并且不同地區(qū)之間人員的各種信息和文化內容的交流也得到了顯著改善。隨著生活質量的不斷優(yōu)化，社會成員對輕量化要求的水平也在不斷提高。如何結合車身結構的力學特性，實現(xiàn)汽車的輕量化，已成為社會交通研究領域的主流研究方向。

1 轎車輕量化的發(fā)展歷史和發(fā)展現(xiàn)狀

對汽車輕量化的研究始于上世紀八十年代中期。在社會工業(yè)化經濟發(fā)展模式日益成熟的前提下，一些西方發(fā)達資本主義國家開始認識到汽車車身輕量化設計的重要性。在中國，為了與國際汽車工業(yè)的發(fā)展步伐保持一致，我們將努力提升國有汽車生產技術的國際影響力和發(fā)展地位。20世紀90年代末，我們大力開發(fā)汽車車身輕量化設計解決方案。在生產和制造過程中，不斷選擇性能優(yōu)良的原材料建設，輕量化汽車的發(fā)展趨勢日益突出。在技術研究人員的長期不懈努力下，沖壓工藝，激光結構焊接和鈑金涂裝等現(xiàn)代設計和制造方法逐步投入生產，應用于汽車的輕量化設計和生產過程。

因為人們在前期的開發(fā)生產中不注重對能源以及環(huán)境的保護，所以導致了世界性的能源緊缺問題，因此為了能夠確保轎車行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，人們就必須解決轎車能耗過大的棘手問題。在總結了以往的發(fā)展經驗后，相關設計工作者提出了轎車輕量化設計的方案，其不僅僅降低了轎車的制造成本，同時還提升了燃油效率，這也是其逐漸成為了轎車制造企業(yè)的主流設計的原因。作為車輛結構的重要部分，車身結構的重量減輕在整體車輛的重量中起重要作用。它通過輕量化設計，具有更加強大的可靠性和絕對安全性。

2 轎車車身結構的輕量化設計

2.1 車身設計應用高強度鋼板

在結合車體結構力學基本特點的基礎上，在設計和制造車體時，盡可能使用高強度鋼化建筑材料，并在實際使用過程中選擇合理的車輛的能耗。由此一來，其可以直接減少高強度鋼的使用，從而達到汽車的總重量最小化的目的。在中國汽車工業(yè)的生產和經營過程中，回火原料仍然是汽車車身制造的最佳選擇之一。與傳統(tǒng)汽車生產過程中使用的原材料相比，回程車體的建筑材料具有一定的應用優(yōu)勢。首先，與傳統(tǒng)汽車建材相比，回火原料市場價格相對較低，使用壽命長，可以在一定程度上降低汽車企業(yè)經濟支出的壓力。在此基礎上，現(xiàn)代鋼板的使用不需要改變汽車生產線的原始操作程序，使公司對生產設備的經濟投資效益最大化，其也為汽車行業(yè)提高業(yè)務效率提供了先決條件。

2.2 建立超輕鋼化車身的幾何模型

通過應用計算機CAD繪圖軟件的現(xiàn)代技術應用，汽車工業(yè)的技術生產和開發(fā)人員也可以在虛擬三維空間中建立超輕鋼化體的幾何模型。在今天的汽車整體結構中，包括汽車側面，地板，車棚，擋風玻璃和行李箱，各種尺寸的零件數(shù)量超過50個。技術人員還可以設計和生成曲面，通過應用表面影響設計模板在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建鋼化材料主體 在創(chuàng)建超輕鋼化體的三維虛擬模型的過程中繪圖軟件。通過仿真操作，研究了超輕鋼化體結構設計和施工的可行性。借助現(xiàn)代信息技術，輕量化車身設計的可行性將得到充分和顯著的改善。

2.3 建立超輕鋼車身的有限元模型

通過構建汽車輕量化超輕鋼體的有限元模型，技術人員可以從靜態(tài)和動態(tài)兩個方面準確，全面地分析汽車車身結構的應力狀態(tài)。在目前我國汽車輕量化設計和生產工作的研究過程中，有限元輕量化汽車模型的建立可分為三種不同的類型。第一是分析靜態(tài)應力下車體的靜電和導電力。二是分析輕量化汽車生產的靜態(tài)應力模式和車身整體穩(wěn)定性。最后，分析了車身在瞬時運行狀態(tài)下的動態(tài)力和輕量化車身設計的使用壽命，是該分析模式的主要研究內容。

3 車身結構優(yōu)化設計以及設計要求

3.1車身結構優(yōu)化設計

優(yōu)化設計作為一門綜合性較高且新型的學科，其主要便是能夠更有效的使用有限元的分析方法進行設計，尤其是在車身結構優(yōu)化設計方面，其能夠很好的利用主動改善設計來取代以往的被動校驗設計，從而大大地提高了設計的準確性以及效率性，同時降低了產品的設計周期，從而提高了產品的質量。標準方法提出了優(yōu)化設計要滿足的一些標準，并且迭代方法用于找到滿足這些標準的解決方案優(yōu)化準則。該方法最突出的特點是迭代次數(shù)少，設計變量的增加對其影響不大，計算效率很高，也有利于編程。然而，它經常在建立迭代公式的過程中引入一些假設。這些假設通常與研究問題的特征有關，因此其多功能性也是有限的。

3.2現(xiàn)代汽車車身結構特點以及設計要求

（1）輕量化是車身設計的核心元素。隨著現(xiàn)代科學技術的快速發(fā)展，越來越多的汽車行業(yè)運用新型的技能對車輛進行創(chuàng)新改造，以此提升其性能，滿足不同層次使用者的需求，而輕量化作為新型的設計元素，能夠將其充分運用起來必將能實現(xiàn)汽車設計和構建的更大效益。

（2）車身結構設計要以安全舒適性為基本原則。經當下的市場調研發(fā)現(xiàn)，車身的承重能力是當下車身結構設計值得重點考慮的要素之一。將其理念融入到車身設計中更能體現(xiàn)人文主義，同時關注駕駛員的切身感受，滿足其基本需求。

（3）精簡車身設計流程，縮短設計周期。如何在保證質量的基礎上，實現(xiàn)汽車的快速設計是當下眾多汽車行業(yè)管理者值得思考的問題之一。而隨著現(xiàn)代信息技術的不斷發(fā)展，越來越多的現(xiàn)代汽車車身結構設計追求精簡化，以此提升制造商的汽車開發(fā)制造效率。同時也使自身的市場競爭力得到了加強。

（4）實現(xiàn)設計和分析的有機統(tǒng)一?，F(xiàn)代汽車車身機構設計更要求一次性地精確化，因而就需要在車身設計過程中加入全方面的分析，以此避免后期出現(xiàn)大幅度的改動，從而增加人力物力的投入，影響汽車行業(yè)的經濟利益。

4 結語

總而言之，隨著生活質量和社會生活水平的顯著提高，人們對汽車內外部的設計要求也在不斷提高。因而，相關的汽車設計和制造商就需要結合車身本身的結構力學，并運用現(xiàn)代先進的輕量化設計來提高整體的設計水平。但由于車身結構設計并非是一項簡單的工作，其更多需要結合多方面的專業(yè)知識，例如有限元建模和數(shù)據分析，并且還涵蓋了材料科學、結構力學等跨領域學科，因而，唯有不斷地進行探索和優(yōu)化，才能實現(xiàn)技術上的飛躍。

參考文獻

[1]楊千里，劉福格，丁玉梅. 試論轎車車身結構的力學特征及輕量化設計[J]. 科技經濟導刊，2017（11）：153-156.

[2]潘鋒. 組合近似模型方法研究及其在轎車車身輕量化設計的應用[D].上海交通大學，2017（11）：113-116.

[3]李紀雄. 基于熱成形高強鋼板的車身結構輕量化分析與優(yōu)化[D].華南理工大學，2016（12）：106-108.

（作者單位：長城汽車哈弗技術中心）