中國(guó)重汽汽車輕量化實(shí)例介紹

1、中國(guó)重汽汽車輕量化實(shí)例介紹,,中國(guó)重型汽車集團(tuán)有限公司,,前 言,近些年，隨著我國(guó)汽車保有量的快速增長(zhǎng)，加劇了我國(guó)石油資源的短缺。而其中汽車燃油消耗不僅是中國(guó)石油消費(fèi)總量中增長(zhǎng)最快的部分，而且所占份額將很快上升為第一位。因此，研制與開發(fā)出排放更少、能耗更低、安全性更高的新一代汽車產(chǎn)品已成為汽車界的最大發(fā)展目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，汽車輕量化是必然的選擇。,輕量化的意義,前 言,汽車輕量化基本方法與特點(diǎn),途徑： 采用輕量化

2、材料 （高強(qiáng)度鋼板、鍍鋅鋼板、鋁鎂合金、復(fù)合材料等） 優(yōu)化汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu) （使零部件薄壁化、中空化、小型化及復(fù)合化等） 特點(diǎn)：汽車結(jié)構(gòu)、輕質(zhì)材料、制造工藝三者的密切結(jié)合。,前 言,目前，在汽車輕量化研究過(guò)程中，主要的研究多數(shù)集中于車身新材料、新工藝的研究。在材料替代方面有工程塑料、復(fù)合材料以及金屬合金等低密度材料和高強(qiáng)度鋼等高性能比材料的開發(fā)應(yīng)用。在加工裝配方面采用先進(jìn)的加工工藝和聯(lián)接措施，減少輔助材

3、料和零件的使用量。1990~2000年，美、日、德、等國(guó)汽車使用材料變化為Al合金5kg~270kg/輛；Mg合金0kg~200kg/輛；鋼鐵900kg~200kg/輛；有機(jī)材料115kg~200kg/輛；玻璃30kg~60kg/輛，整車重量降低。輕量化的要求使汽車材料構(gòu)成有了明顯變化。目前，在國(guó)內(nèi)外汽車上應(yīng)用較多的輕量化材料有鋁合金、鎂合金、高強(qiáng)度鋼、塑料及復(fù)合材料等。中國(guó)正在大力推行以人為本的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，汽車產(chǎn)業(yè)使用可持續(xù)應(yīng)用

4、的材料無(wú)疑是中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。,輕量化方法---輕量化材料,前 言,目前，在汽車輕量化研究過(guò)程中，主要的研究多數(shù)集中于車身新材料、新工藝的研究。在材料替代方面有工程塑料、復(fù)合材料以及金屬合金等低密度材料和高強(qiáng)度鋼等高性能比材料的開發(fā)應(yīng)用。在加工裝配方面采用先進(jìn)的加工工藝和聯(lián)接措施，減少輔助材料和零件的使用量。1990～2000年，美、日、德、等國(guó)汽車使用材料變化為Al合金5kg～270kg/輛；Mg合金0kg～20

5、0kg/輛；鋼鐵900kg～200kg/輛；有機(jī)材料115kg～200kg/輛；玻璃30kg～60kg/輛，整車重量降低。輕量化的要求使汽車材料構(gòu)成有了明顯變化。目前，在國(guó)內(nèi)外汽車上應(yīng)用較多的輕量化材料有鋁合金、鎂合金、高強(qiáng)度鋼、塑料及復(fù)合材料等。中國(guó)正在大力推行以人為本的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，汽車產(chǎn)業(yè)使用可持續(xù)應(yīng)用的材料無(wú)疑是中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。,輕量化方法---輕量化材料,前 言,,,,,以HOWO-A7駕駛室白車身

6、開發(fā)為例介紹輕量化設(shè)計(jì)在中國(guó)重汽的應(yīng)用。本案例以有限元分析為基礎(chǔ)，駕駛室白車身的截面厚度為設(shè)計(jì)變量，質(zhì)量最輕為目標(biāo)函數(shù)，頂壓、后壓、前壓加載點(diǎn)位移為約束條件，對(duì)HOWO-A7駕駛室進(jìn)行靈敏度分析，最后通過(guò)優(yōu)化部件截面厚度得到輕量化方案，并以ECE-R29（關(guān)于對(duì)商用車駕駛室乘員保護(hù)方面的車輛認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定）為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輕量化方案與原方案做結(jié)構(gòu)安全對(duì)比分析。,前 言,優(yōu)化流程,中國(guó)重汽汽車輕量化實(shí)例介紹,1、模型建立,中國(guó)重汽汽車輕量

7、化實(shí)例介紹,2、仿真分析2.1 靜力分析-頂壓分析,頂壓分析邊界條件及載荷如圖所示，底部約束前端轉(zhuǎn)軸部分和后面支架下端，頂部壓力10000N通過(guò)RBE2單元作用于頂蓋上，下面是模型及分析結(jié)果圖。,中國(guó)重汽汽車輕量化實(shí)例介紹,,2.1 靜力分析-后壓分析,后壓分析邊界條件及載荷如圖所示，底部約束前端轉(zhuǎn)軸部分和后面支架下端，后部壓力10000N通過(guò)RBE2單元作用于后壁上。下面是模型及分析結(jié)果圖。,,,,2.1 靜力分析-前壓分析,前壓分

8、析邊界條件及載荷如圖 所示，底部約束前端轉(zhuǎn)軸部分和后面支架下端，前部壓力10000N通過(guò)RBE2單元作用于前防火墻上。下面是模型及分析結(jié)果圖。,中國(guó)重汽汽車輕量化實(shí)例介紹,,,在上述頂壓、后壓、前壓靜力分析有限元模型基礎(chǔ)上進(jìn)行靈敏度分析，邊界條件及載荷均未改變。設(shè)計(jì)變量設(shè)定為駕駛室白車身部件厚度；約束變量設(shè)定為加載點(diǎn)位移。約束條件為加載點(diǎn)位移小于原方案。以質(zhì)量最小為目標(biāo)函數(shù)，做頂壓、后壓、前壓工況下的靈敏度分析。根據(jù)分析結(jié)果獲得頂壓、后

9、壓、前壓工況下的部件設(shè)計(jì)變量ID號(hào)與 靈敏度系數(shù)的曲線，如下圖所示。,2.2 靈敏度分析,中國(guó)重汽汽車輕量化實(shí)例介紹,,,靈敏度系數(shù)曲線-頂壓,中國(guó)重汽汽車輕量化實(shí)例介紹,靈敏度系數(shù)曲線-后壓,中國(guó)重汽汽車輕量化實(shí)例介紹,靈敏度系數(shù)曲線-前壓,中國(guó)重汽汽車輕量化實(shí)例介紹,根據(jù)上面列表中所得的設(shè)計(jì)變量ID號(hào)，得到對(duì)頂壓、后壓、前壓三種工況靈敏度系數(shù)較大的部件如圖,頂壓靈敏度系數(shù)較大的部件

10、 頂壓靈敏度系數(shù)較大的部件頂壓靈敏度系數(shù)較大的部件,中國(guó)重汽汽車輕量化實(shí)例介紹,靈敏度系數(shù)越大說(shuō)明改變等量位移所需改變質(zhì)量越少，從分析的得到的靈敏度系數(shù)可以看出優(yōu)化的重點(diǎn)應(yīng)為地板、立柱和覆蓋件，綜合頂壓、后壓、前壓加載點(diǎn)位移靈敏度系數(shù)，本著增加靈敏度系數(shù)比較大部件厚度，減少靈敏度系數(shù)較小部件的厚度的原則擬定出初步修改方案。 修改部件厚度如下表所示。,靈敏度分析,中國(guó)重汽汽車輕量化

11、實(shí)例介紹,中國(guó)重汽汽車輕量化實(shí)例介紹,2.3 改進(jìn)方案仿真分析,根據(jù)靈敏度系數(shù)進(jìn)行修改的結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果,經(jīng)過(guò)輕量化分析之后，駕駛室實(shí)現(xiàn)了減輕自重的目的，駕駛室質(zhì)量由507.4Kg降低至486.4Kg，減重4.1％。,中國(guó)重汽汽車輕量化實(shí)例介紹,,3.4 結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)證,通過(guò)安全分析對(duì)輕量化結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證。,中國(guó)重汽汽車輕量化實(shí)例介紹,,4、結(jié)論,通過(guò)對(duì)駕駛室三種工況下的靈敏度分析，找到了對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大的部件，對(duì)這些部件進(jìn)行厚度的變化以減輕

12、質(zhì)量，并且厚度變化范圍較小，對(duì)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三種工況的靜力分析，分析結(jié)果表明駕駛室的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有所提高，然后又進(jìn)行了動(dòng)態(tài)的仿真驗(yàn)證，即以ECER29的試驗(yàn)規(guī)程為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果表明輕量化之后，乘員的生存空間還有小幅增加。綜上，駕駛室經(jīng)過(guò)輕量化分析之后，新結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕了21Kg，減重比例為4.1％?？紤]到改變材料強(qiáng)度之后會(huì)帶來(lái)一系列的生產(chǎn)問(wèn)題，比如成本、模具等，因此本次分析中并未對(duì)駕駛室部件的材料強(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化分析。,中國(guó)重汽汽