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提要：21世纪，汽车显现出系统化、模块化、轻量化、电子化和性格化的整体停顿趋向。目下，一次功动力的赶紧缩小和处境混浊是寰球两大紧要题目，汽车车身轻量化的急迫性日趋凸显。低能耗、低排放、高功能的汽车是社会可接续停顿的必定请求，车身机关轻量化恰是实行这一目方向灵验办法。车身轻量化安排能够缩小原材料的操纵量，低落临盆成本和油耗，缩小尾气排放，实行节能环保。是以，本文从车身机关安排、材料取舍、建造工艺等方面钻研了何如实行汽车车身机关的轻量化。

关键词：轻量化；机关安排；材料取舍；建造工艺

汽车车身轻量化是寰球汽车资产的急迫钻研课题［1-3］，是寰球汽车厂商的联合取舍，是我国应对动力平安、新动力汽车停顿的必定取舍，也是汽车产业可接续停顿的必定之路，关于擢升汽车产物的中心比赛力，擢升汽车企业的翻新能耐有急迫意义。但是，汽车轻量化理论和技能的奉行波及汽车平安品格、材料工艺、回收再操纵等多学科多方向协同优化题目［4-6］，尤其是新动力汽车机关特别，人们须要控制机关轻量化的基根源理，听命科学的安排办法和开辟过程，并且把轻量化开辟和钻研的观念贯串不停。紧要即是操纵各样技能办法，在保证汽车各项功能请求的前提下，低落周全车身及零部件总成的原料，以实行汽车原料低落的目标［7-9］。

1国表里车身轻量化钻研的停顿1.1海外车身轻量化的停顿

海外超轻钢技能停顿较量迅猛，由于技能程度和汽车轻质材料价钱题目，钢材还将在他日很长一段工夫内无奈被替换。20世纪90岁月，寰球钢铁协会设立了超轻钢技能项目组，从头安排汽车车身机关，擢升钢材原料，减弱雷同功能下钢材的操纵量，到达车身轻量化的方向。该项目取患了夺目标成绩——车身减重约25%。但是，其车身一阶模态频次、车身旋转刚度和车身蜿蜒刚度都比从来有很大程度的擢升。汽车临盆成本比从来低落15%。

寰球钢铁协会实行汽车车身轻量化的紧要办法囊括：操纵高强度的板材替换保守板材；操纵新的临盆工艺，如激光焊接工艺和液压成型工艺等；操纵有限元法对现有车身实行优化安排，操纵打算机仿真技能，以保证车身的各样功能目标到达准则。

碳纤维坚固材料（CarbonFiberReinforcedPolymer/Plastic，CFRP）强度高、刚性好、原料小，它占有非凡的耐蠕变和耐腐化性，成为汽车轻量化最抱负的材料。即使碳纤维坚固材料有稠密好处，但是价钱不停居高不下，现阶段，碳纤维坚固材料只用于高级轿车或跑车上。

除了高强钢和铝合金外，镁合金和复合材料等轻质材料也在汽车车身中获得必定程度的操纵。镁具备优秀的加工性、抗凹性、减震性，镁合金密度大略是铝合金的2/3，具备优秀的轻量化操纵潜力。整体来看，国际上，汽车轻量化技能曾经很老练。

1.2国内车身轻量化的停顿

方今，我国高强度钢轻量化车身钻研博得较猛停顿，宝钢已孕育TP、DP、DQ、BH及CQ等贸易高强度钢板种类，笼罩了方今海外紧要种类的临盆，说明国内高强度钢系列已开端孕育。

我国的汽车铝合金用量与海外比拟尚有较大的差异，年美国汽车单车的平衡用铝量到达kg，年欧洲汽车单车的平衡用铝量为kg。但是，我国年乘用车单车的平衡用铝量仅相当于北美洲年的程度（kg）。

年，华夏汽车轻量化技能翻新计谋同盟在宁波正式设立。年，轻量化同盟占有19家成员单位、46家同伙单位和6家观看员单位。

从整体看，我国汽车轻量化技能停顿紧要面对以下题目：轻量化技能波及学科钻研畛域稠密，须要操纵较多学科交错合并所孕育的归纳性、系统性学问体制，但是我国钻研机构方今只看重单个技能的开辟，很罕见各技能的交错；车辆轻量化技能波及很多罕用技能和顶端技能，个中心技能的攻破弗成能由简单企业或研发机构完竣，国度必定有计谋性、前瞻性、调解性的布置，而我国不够此类机构；产学研连系不足慎密，没有明白合做。

因而可知，不论是理论方面依旧本质操纵方面，华夏汽车轻量化技能停顿与海外比拟都有很大的差异，任重而道远。

2汽车轻量化理论与安排办法钻研

汽车轻量化的题目是在最优化的理论原形上创造的，个别所说的优化安排，即是依照本质的环境和题目，创造其优化的数学模子，取舍必定的最优化办法，寻觅既餍足管制前提又使方向函数最优的安排计划。孕育机关安排题目的三因素为：安排变量（DesignVariable，DV）、形态变量（StateVariable，SV）、方向函数（theObjectiveFunction，OBF）。详细办法以下。

在汽车机关轻量化中，机关尺寸优化是在断定机关拓扑的前提下，用少数的尺寸来示意机关的某些改变，而后创造基于这些维参数的数学模子，并采取优化办法求解最优维参数。

在尺寸优化中，其安排变量大多半为材料参数（如说弹性模量和密度）和尺寸参数（如横梁横截面的尺寸、动弹惯量、弹性支承刚度、板材的厚度、两个部件之间的联接刚度等）。

尺寸优化是经过优化一维梁单位的截面尺寸、二维板单位厚度等，寻觅方向机关件的最佳截面尺寸，餍足其相对应的功能请求，功能优化期间，机关的形态和拓扑机关没有产生改变。尺寸优化的一个急迫方位是一维梁单位的截面尺寸优化，从以前的机关到如今产业上用的各样型号钢材，尺寸优化曾经相对老练，在给定机关形状好多、材料、单位表率、机关布局的环境下，以截面的尺寸为安排因变量，寻觅截面尺寸的最优，以餍足功能请求并且实行机关轻量化，到达低落临盆成本的目标。

3汽车车身轻量化停顿趋向3.1操纵高强度板材来取代保守板材

3.1.1铝合金

铝合金在轴向载荷影响下会孕育渐进叠缩稳态变形，比吸能远远高于低碳钢机关。铝合金做为缓冲吸能元件，在碰撞平安性方面有显然的上风，并且操纵于车身时，由于原料低落，碰撞时孕育的动能减小，于是其在汽车上的操纵显现接续增加趋向。

3.1.2镁合金

镁合金的弹性较弱，在平等的受力环境下会产生较大的变形。于是，操纵镁合金材料时，要擢升镁合金板材的厚度也许从头安排板材机关。

3.1.3多孔材料

在大果然中，有良多动物的筑巢方法值得人们进修，在向大果然的进修中，人们建造出各样各式的用于能量吸取的轻质多孔材料，如泡沫材料、蜂窝材料等。蜂窝材料用做吸能材料，具备显然的方位性，用于各样夹芯板和薄壁填充管具备卓绝的上风。泡沫材料可分为开孔泡沫材料和闭孔泡沫材料两种。个中，启齿材料的抗压性整体优于闭孔材料。开孔材料又能够分为金属材料和非金属材料两种。金属泡沫材料，尤其是泡沫铝，密度小、变形能耐大、比吸能好，具备匀称平稳的能量吸取性格弧线，是尤其抱负的能量吸取材料。但是，泡沫铝含有间隙并且强度较低，在遭到拉、压、旋转时简单产生断裂毁坏，并且毁坏后阻挡易维持完全，故而个别将泡沫铝做为薄壁管的填充材料。非金属泡沫材料多用做汽车内部安装，做为装扮材料和承重架中心的缓冲物。

3.2其余办法

采取新的临盆工艺，如激光焊接工艺、液压成形工艺等。操纵有限元法对现有的车身实行优化安排，操纵打算机仿真技能，擢升车身的各样功能目标。

4论断

跟着我国科学技能的提高，新的轻型复合材料越来越多，可用做汽车车身的材料越来越充盈，打算机仿真摹拟精度越来越高，在保证汽车平安功能的前提下，汽车车身原料渐渐低落。汽车轻量化对节能减排也有着极大的推进影响。

来历：期刊-《河南科技》；做家：武守辉郑辉焦凤茂

（黄河交通学院汽车工程学院）

来历：文中看法仅供分享交换，不代表本

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