汽车车身结构与设计(第五章)车身结构力学性能分析计算
车身结构动力学分析及优化设计
车身结构动力学分析及优化设计随着汽车工业的发展，轿车的外形设计变得愈加复杂，同时车辆的性能需求也得到了巨大的提升。
车身的结构设计和优化成为了车辆设计中的重要组成部分。
本文将从车身结构动力学分析入手，探讨车身结构的优化设计方法。
一、车身结构动力学分析1. 车身结构的刚度分析车身结构的刚度是指车身在受到外力作用时，不会发生过度变形的能力。
在整车静态状态下，刚度可以通过FEA仿真来精确求解。
2. 车身结构的模态分析车身结构的模态分析能够评估车身在振动状态下的响应特性，它是车身结构动力学分析的基础。
模态分析结果可以为优化设计提供参考。
3. 车身结构的应力分析车身在行驶过程中，存在各种力的作用，如加速度、制动力、悬挂力等。
这些力会在车身结构内部转移，产生内部应力。
应力分析能够预测车身结构在特定工况下的应力状态，为车身结构的优化设计提供基础数据。
二、车身结构的优化设计1. 材料的选择材料的选择对车身的性能和质量起着重要的作用。
用高强度或者轻质材料可以大大减轻车身的重量，提高车辆的加速性能和燃油经济性。
2. 结构的设计优化车身结构的设计优化包括减少空气阻力、重心下降、车身刚度提升等。
较少空气阻力可以在车辆行驶时减少风阻，提高车辆的性能和燃油经济性；重心下降可以提高车辆的稳定性和操控性；车身刚度的提升可以提高车辆的安全性。
3. 结构加固结构加固是车身结构优化设计中的重要部分，可采用刚性补强、寿命加强等方法加固车身，使车身在强度和刚度上都得到了提高，从而能够承受更大的冲击力。
三、结论车身结构动力学分析和优化设计是车辆设计中的重要组成部分，它可以提高车辆的性能、安全性和质量。
在设计和制造车身结构时，需要利用现代的技术手段，如FEA仿真、设计优化软件等进行辅助，精准地分析和预测车身结构的行为，进而优化设计方案，实现优化设计。
汽车车身结构与设计第5章车身结构分析与设计
第五章 车身结构分析与设计§5-1 概述在进行汽车车身结构设计之前，必须首先确定车身的承载型式。
当车身总体尺寸和形状，以及承载的结构型式确定后，即可着手进行细致的结构分析与设计。
一、车身结构设计的步骤1．确定车身由哪些主要的和次要的构件组成，使其成为一个连续的完 整的系统；2．确定主要杆件采取何种截面形式——闭式或开式；3．确定：·如何构成这样的截面；·截面与其它部件的配合关系；·密封或外形的要求；·壳体上内外装饰板或压条的固定方法；·组成截面的各部分的制造方法及装配方法。
4．绘制由一个截面过渡到另一个截面的草图、各部件连接草图，以及 与此同时所形成的外覆盖件（骨架、蒙皮）草图；5．将车身总成划分为几个分总成——地板、侧围、前后围、顶盖等， 绘制各分总成草图；——注意标明各总成的连接型式，以便与工艺 部分进行协商；6．应力分析计算；7．详细的结构设计（包括主图板设计），画出零件图。
在进行上述具体设计前，首先要了解对车身结构设计的要求，以及如何实现这些要求。
二、大客车的车身结构1．组成：式结构两种。
有车架式结构和无车架—下部结构性。
一整体，保持车身的刚其构成，盖及内饰、附件等组成前后围、左右侧围、顶—上部结构车身结构有车架式结构——可以独立行走；无车架式结构——必须与车厢成为一体方可行走。
按作用于车身上的外力由车身的哪一部分承担，车身构件结构可分为：②骨架结构—利用车身骨架作为强度部件。
2．特点①应力蒙皮结构一般与无车架结构配合使用，亦称薄壳结构。
优：·骨架比较细小，承力相对较小—由飞机演变；·整体刚度、强度较高，自重较轻，生产率高。
缺：·车窗开口不能太大，窗立柱较粗；·因采用铆接装配，工艺复杂；·施工过程振动、噪声大，铆钉裸露在外，影响美观。
②骨架结构骨架一般由扭转刚性很高的封闭断面的矩形管构成，因此强度和刚度较高，外蒙皮只起装饰作用。
车身结构与设计知识点
车身结构与设计知识点车身结构是指汽车各部件在空间内的布置方式以及各部件之间的连接方式，是汽车设计中的重要一环。
合理的车身结构不仅关系到车辆的安全性能，还与车辆的外观设计、空气动力学性能、乘坐舒适性等方面有着密切的联系。
在本文中，将介绍一些常见的车身结构及与之相关的设计知识点。
一、车身结构类型1.承载式结构承载式结构是指整车的车身作为车辆的主要承载构件，承担起传递车辆各种载荷作用的功能。
这种结构的优点是刚性好、稳定性高，具有较好的操控性和安全性能。
常见的承载式结构包括钢板焊接结构、铝合金焊接结构等。
2.非承载式结构非承载式结构是指车身与底盘分离，底盘负责传递车辆的各种载荷，而车身只起到保护乘员和装饰的作用。
这种结构的优点是重量轻、成本低，但刚性和稳定性稍差，安全性能相对较低。
常见的非承载式结构包括车厢式结构、篷式结构等。
二、车身设计知识点1.材料选择车身的材料选择直接关系到车辆的安全性、重量和成本等方面。
常用的车身材料包括钢铁、铝合金、碳纤维等。
钢铁具有较好的刚性和强度，但重量相对较重；铝合金轻质、抗腐蚀性好，但成本较高；碳纤维重量轻、强度高，但价格昂贵。
2.风阻系数车身的设计还需要考虑车辆的空气动力学性能，其中一个重要参数就是风阻系数。
风阻系数越小，车辆在高速行驶时产生的阻力越小，能够提高车辆的燃油经济性和稳定性。
通过优化车身外形和细节设计，如减小前进气口尺寸、增加风挡角度等措施，可以降低风阻系数。
3.车身强度车身的强度是保障车辆安全性的关键要素。
要使车身具有足够的强度，设计中需考虑到正面碰撞、侧面碰撞、滚翻等不同类型的碰撞情况。
通过增加车身的受力结构、使用高强度材料、合理布置吸能结构等方式，可以提高车身的强度。
4.乘坐舒适性车身设计还要注意乘坐舒适性的问题。
包括减少噪音、减震、优化座椅设计等等。
通过合理布置隔音材料、减少车辆共振、优化悬挂系统设计等方式，可以提高乘坐舒适性。
总结：车身结构与设计知识点是汽车设计过程中需要重点关注的内容。
车身结构优化设计与性能分析
车身结构优化设计与性能分析一、前言汽车行业经历了长达一个世纪的发展，车身结构也随之不断进化。
从最初的单纯金属制造到现在的多材料结构，每一次的演变都让汽车更加安全与高效。
本文将从车身结构的优化设计入手，探讨如何提高汽车性能。
二、车身结构的优化设计1. 材料选择在过去，车身结构主要是由钢铁等金属材料构成，但现在随着新材料技术的不断发展，更多的新材料被应用于车身结构上。
比如碳纤维，它的强度和刚度比钢铁还高，同时它的重量却要轻很多，可以大大减轻汽车的整体重量，提高汽车的燃油效率和节能性能。
2. 结构设计车身结构设计需要考虑车辆的性能和安全性。
为了达到这些目标，工程师们通常会采用一些设计手段来确保车辆在各种条件下的安全性和性能。
例如，在汽车碰撞时，工程师必须确认车身结构能承受撞击力，并且车内乘客得到足够的保护。
设计车身结构时，还要考虑到气动以及流体力学特性，以确保汽车在高速行驶的过程中能够保持稳定的行驶。
3. 仿真计算与传统的试错方法相比，仿真计算可以更加快速而精确地对车身结构进行评估，减少时间和成本。
使用高效的计算机仿真软件，工程师们可以对施力、载荷、应力、扭矩和应变等因素进行详细的分析和优化。
在此基础上，设计出更加优异的车身结构，缩短研发周期，提高产品质量。
三、车身结构性能分析1. 刚度车身结构的刚度对于汽车牵引、平稳行驶、路面过滤等方面的表现有极大的影响。
由于车身结构的强度和刚度取决于材料和构造，在材料性能相同时，通过合理结构设计和优秀的组装工艺可以极大提高车身的刚度。
2. 强度车身结构的强度代表着汽车在受到外力冲撞时对撞击力的抵抗能力。
因此，提高车身的强度可以保证汽车在各种行业标准测试下的安全性能。
3. 抗拉能力抗拉能力是车身结构性能的一个重要指标，它代表了车身在受到拉力时的能力。
因此，车身结构的材料和结构设计需要具备足够的抗拉能力，以确保车辆在行驶过程中不易损坏。
4. 范德瓦尔斯力分析驾驶车辆时，车身的稳定性对乘客的感觉和安全性都是非常重要的。
汽车车身结构与设计
汽车车身结构与设计首先，汽车外观设计是车身结构与设计的重要组成部分。
一辆好看的车往往能吸引消费者的眼球，因此，汽车设计师在设计车身时需要考虑到汽车的流线型外观、线条和形状的协调以及其他一些细节设计。
流线型的外观设计不仅能提升汽车的美感，还能降低车身的气动阻力，提高汽车的经济性和操控性能。
而线条和形状的协调则能够增加车身的美感和流畅感，让整个车身看起来更加完整而动感。
其次，车身材料的选择也是汽车车身结构与设计中不可忽视的因素。
车身材料的选择会直接影响到汽车的重量、强度和安全性能。
常见的车身材料有钢铁、铝合金和碳纤维等。
钢铁是最常用的车身材料，因其具有较高的强度和刚性，同时价格相对较低。
铝合金具有较高的比强度和优异的耐蚀性，但价格较高。
碳纤维是近年来应用较为广泛的一种新型材料，具有较高的比强度和刚度，同时重量轻，但成本较高。
车身材料的选择需要综合考虑车辆的性能、安全要求以及成本等因素。
车身强度和安全性能是汽车车身结构与设计中至关重要的方面。
车身强度是指车辆在受到外部冲击或载荷作用时的抗变形和抗破坏能力。
碰撞安全性能是指车辆在发生碰撞时能有效保护车内乘员免受伤害的能力。
为了提高车身强度和安全性能，汽车制造商通常会采用多种手段，如加强车身结构、增加安全气囊和安全带等。
此外，一些高端汽车还会配备先进的碰撞预警系统、自动刹车系统和车道保持系统等，以进一步提高车辆的安全性能。
最后，汽车车身结构与设计还需要符合一些法规和标准，以确保车辆在设计和制造过程中满足相应的安全要求。
各国都有相应的汽车安全法规和标准，其中包括碰撞测试、排放标准和噪声限制等。
汽车制造商必须确保他们的汽车能够通过这些测试和标准的要求，以符合法规和标准中规定的安全要求。
综上所述，汽车车身结构与设计是汽车工程领域中非常重要的一个方面。
它涉及到汽车外观设计、车身材料选择、车身强度和安全性能等方面，对整个车辆的性能和使用体验起着至关重要的作用。
汽车制造商需要综合考虑车辆的美感、经济性、操控性能、强度和安全性能等因素，并符合相应的法规和标准，以设计和制造出满足市场需求和安全要求的汽车车身。
汽车车身结构课程设计
汽车车身结构课程设计一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握汽车车身的基本结构、功能及其设计原理；技能目标要求学生能够运用所学知识进行简单的汽车车身结构设计和分析；情感态度价值观目标要求学生培养对汽车设计和制造的兴趣，增强创新意识和团队合作精神。
通过对汽车车身结构的学习，使学生了解汽车车身结构的基本概念，掌握汽车车身结构的设计原理和制造工艺，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，提高学生的创新意识和团队合作精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括汽车车身结构的基本概念、设计原理和制造工艺。
教学大纲按照教材的章节进行安排，共分为五个部分。
第一部分：汽车车身结构的基本概念。
介绍汽车车身结构的基本组成、分类和功能。
第二部分：汽车车身结构的设计原理。
讲解汽车车身结构的设计原则、方法和流程。
第三部分：汽车车身结构的制造工艺。
介绍汽车车身结构的制造工艺、流程和设备。
第四部分：汽车车身结构的设计案例。
分析典型汽车车身结构设计案例，引导学生学会分析和解构汽车车身结构。
第五部分：汽车车身结构的实验实践。
学生进行汽车车身结构实验，提高学生的动手能力和实践能力。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握汽车车身结构的基本概念、设计原理和制造工艺。
讨论法：学生进行课堂讨论，培养学生的思考能力和团队协作精神。
案例分析法：分析典型汽车车身结构设计案例，引导学生学会分析和解构汽车车身结构。
实验法：学生进行汽车车身结构实验，提高学生的动手能力和实践能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。
教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的学习资源。
参考书：提供丰富的参考资料，帮助学生拓宽知识面。
多媒体资料：制作精美的多媒体课件，增强课堂教学的趣味性和生动性。
实验设备：保证学生有足够的实验设备进行实践操作，提高学生的动手能力。
汽车车身结构与设计(课堂PPT)
车身技术特点
车身技术涉及当代科技领域的多门学科, 而且各 学科之间高度交叉与融合
车身设计流程与方法独特：产品+艺术品
车身制造工艺复杂：技术密集，钣金件为主。
冲压、焊装、涂装工艺，代表国家基础工业水
平
6
.
二、车身的功能
车身是对汽车的形态和功能有很大影响的 重要部件。
车身的主要功能
为乘员提供安全舒适的乘坐环境 提供发动机及底盘等部件的装配 汽车美观造型的体现
按承载形式的不同，可将车身分为非承载 式和承载式两大类。
19
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1、非承载式车身
都装有单独的车架，此时车身通过多个悬 置（橡胶垫）安装在车架上，当汽车在崎 岖不平的路面上行驶时，车架产生的变形 由橡胶垫的挠性所吸收, 载荷主要由车架来 承担, 因此这种车身结构是不承载的。
20
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车架
车架是跨装在汽车前、后轴上的桥梁式结 构, 其结构形式可分为框式、脊梁式和综合 式三大类。框式又可以分为边梁式和周边 式。
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4、车身电气附件
车身电气附件：车身电气附件是指除用 于发动机和底盘以外的所有电气及电子 装置, 如各种仪表及开关，前照灯、尾灯、 指示灯、雾灯、照明灯等
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二、车身承载类型
车身(如有车架则包括车架) 与汽车的车轮、 悬架系统构成汽车的行驶系统，是汽车行 驶时的主要承载部件，承担着全部载荷, 包 括由发动机、传动系统及悬架系统传来的 载荷及各种路面工况下的作用力和力矩。 因此，也将车身和车架称为承载系统。
车身本体：是车身结构件(又称车身骨架)与覆盖件焊接或 铆接后不可拆卸的总成；
闭合件：是车身上可启闭的各种舱门的结构件，包括车 门、发动机盖、行李舱盖等。
汽车车身结构与设计车身概论PPT课件
振动隔离
车身应具备有效的振动隔离能力，以减少发动机、传动系统等振动源对乘员的干扰。通过 优化车身结构和采用适当的减震材料，可以降低振动对乘员的影响。
05 未来汽车车身的发展趋势
轻量化设计
总结词
随着环保意识的提高和节能减排的需求，轻量化设计已成为未来汽车 车身的重要发展趋势。
详细描述
通过采用新型材料（如高强度钢、铝合金、碳纤维复合材料等）和优 化车身结构，降低车身重量，从而提高燃油经济性和减少排放。
优点
提高燃油经济性、减少排放、提升车辆性能。
挑战
技术难度大、成本较高、生产工艺要求高。
智能化设计
01 总结词
随着智能化技术的不断发展， 未来汽车车身将更加智能化， 提高驾驶安全性和舒适性。
热系统来确保正常运行。车身的进风口和散热格栅设计对散热性能有重
要影响。
汽车车身的碰撞安全性
吸能与缓冲
汽车在发生碰撞时，车身应具备一定的吸能与缓冲能力， 以减少对乘员的冲击。通过合理设计车身结构和采用高强 度材料，可以提高碰撞安全性。
乘员保护
在碰撞事故中，车身应能够有效地保护乘员免受伤害。这 包括设计合理的安全气囊、安全带等被动安全装置，以及 优化车身结构以减少对乘员的挤压和撞击。
轻量化
降低车身重量，提高燃油经济 性。
工艺性
便于制造、维修和降低制造成 本。
安全性
满足碰撞法规要求，保证乘员 安全。
耐久性
保证车身在使用寿命内具有良 好的结构和外观保持能力。
经济性
在满足性能要求的前提下，尽 可能降低成本。
03 汽车车身设计
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三、车身扭转强度计算 ”SSS法”
三、车身扭转强度计算 ”SSS法”
三、车身扭转强度计算 ”SSS法”
h1 L s LR Lb h2 LF 0
w 0 0 0 0 0 0
0 w 0 0 0 0
0 0 w 0 0 0
0 0 0 w 0 0 LF
(h0 h1 ) [ LF (h0 h2 ) L2 (h2 h1 )] / Lb
T KTOTAL
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1 KTOTAL
1 1 K FRONT K REAR K BODY
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P B H MAX B PAXLE H MAX AXLE B 2 2KTOTAL
2
四、纵向载荷工况
四、车身刚度“方盒”模型
K
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四、车身刚度“方盒”模型
e
Volume
2
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q t
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2
G
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2
2
四、车身刚度“方盒”模型
外部扭矩做的功 = 储存在面板内的所有剪应变能之和
T q 2 wh wh wL wL hL hL 2 2 Gt 前 Gt 后 Gt 顶 Gt 底 Gt 侧1 Gt 侧2
第五章 车身结构力学性能分析计算
第一节 载荷工况条件
一、动载荷系数与安全系数
静态载荷 动态载荷 等效载荷
动载荷系数
安全系数
动态载荷＝静态载荷 * 动载荷系数 等效载荷＝静态载荷 * 动载荷系数 * 安全系数
二、垂向对称载荷工况
三、垂向非对称载荷工况
三、垂向非对称载荷工况
标准化的扭转工况凸块高度应满 足条件：①能够使得同一车轴上 的另一个车轮刚刚离开地面；② 其它车轮仍处于地面支撑状态。
二、 “简单结构面法”模型
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
Rf
cd F abcd
Rr
ab F abcd
注：后部的载荷没有标示出来。
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
结构面SSS-1:
P 1 h Rf a 0
a P 1 Rf h
Max. Force Mg
FLAT
MgB K 2h
六、组合载荷工况
第五章 车身结构力学性能分析计算
第二节 弯曲性能分析计算
一、车身弯曲性能要求
将汽车的各零部件安装并固定在正确位置上 车身弯曲刚度与驾乘人员主观感受之间关系 车身弯曲刚度实验模型
二、 “简单结构面法”模型 简单结构面法（Simple Structural Surface, SSS法）
d Q1 Rr h
ab Rr F abcd
四、车身弯曲刚度 ”三组分”模型
相对而言，车身前部及后部刚度较强
作为刚体处理
四、车身弯曲刚度 ”三组分”模型
四、车身弯曲刚度 ”三组分”模型
四、车身弯曲刚度 ”三组分”模型
第五章 车身结构力学性能分析计算
第三节 扭转性能分析计算
对汽车结构受到的载荷和应力进 行分析的简单模型有很多，最为有用 的分析方法是简单结构面法。简单结 构面法（SSS）可以用来对作用在车 身主要结构件上的载荷及其传递路径 进行分析。 简单结构面在自身所在平面内是 刚性的，在其它平面则是柔性的，即 在自己的平面内能够承受载荷（拉力、 压力、剪切、弯矩），但不承受与平 面正交或平面外的弯矩。
0 Q1 T Q 0 0 2 0 0 Q3 0 0 0 Q4 0 w 0 Q5 T 0 w Q6 0 0 h1 Q7 0 0 0
一、车身扭转性能要求
沟渠扭转实验（Twist Ditch）
恰好脱离地面 轮距
最大扭矩：
TMAX WAXLE
t 2
一、车身扭转性能要求
扭转强度要求
实现良好操纵稳定性的需求
实现良好NVH性能的需求
二、车身扭转性能模型
20世纪 70年代，针对车身扭转特性分析的早期分析模型
将车身结构简化为梁框架结构，仿真计算得到的车身扭转刚 度值仅为实测值的10%－30%。 研究表明，面单元这一抗剪类型的单元是抵抗扭转载荷 的主要结构成分，当模型中引入面单元后，能够显著改善分 析模型的计算精度，可被用来对扭转载荷作用下的车身结构 特性进行合理解释。
2
1 1 T T 2 2 2wh
结构面SSS-2:
P 2 Rf
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
结构面SSS-3:
P3 P 1
结构面SSS-4:
d Q1 Rr h
P 1P 4 Q 1 Q4 0
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
结cd Rf F abcd
四、车身刚度“方盒”模型
T F w T q 2h 2h 2 wh
T2 T 4w 2 h 2
wh wh wL wL hL hL Gt Gt Gt Gt Gt Gt 侧2 前 后 顶 底 侧 1
制 动 工 况 载 荷 转 移
FF Mg ( LR h) / L
FR Mg ( LF h) / L
四、纵向载荷工况
脉 冲 输 入 工 况
PH KDYN ( P V / tan )
推荐凸起高度：
H MAX
PAXLE B2 2KTOTAL
五、侧向载荷工况
轮 胎 侧 滑 轮 胎 侧 向 挤 压