轻量化车身材料研究
车身轻量化—碰撞介绍1新能源汽车轻量化钢制车身结构
新能源汽车轻量化钢制车身结构摘要未来钢制汽车计划（FSV）的目标是为紧凑型的电动汽车（BEV）提出一个能制造出完全不同的钢制车身结构的详细设计构思，也确认了为适应大的插电式混合动力车（PHEV）或燃料电池车（FCEV）车身结构的改变。
这篇文章将说明七个经过优化的车身的子部件是如何达到减重35%，同时满足安全要求和整个寿命周期内碳排放目标要求。
该文章也将对先进的设计优化过程和相应先进的钢材和制造技术概念进行解释。
前言“未来钢制汽车计划（FSV）”是世界汽车钢（WorldAutoSteel）项目，该组织为世界钢铁联盟下属的汽车钢组，共包含全球范围内17家大型钢铁生产企业。
“FSV计划”是一个涉及几百万欧元资金，为期三年的计划，旨在发展出安全、重量轻及采用先进高强钢制造的车身结构，该新型车身结构能够满足电动汽车的不同要求和减少汽车在整个寿命周期内的温室气体（GHG）排放。
GHG气体指的是大气中能够加剧地球温室效应的气体，这些气体能够吸收地球表面的热量，使热量在地球表面和大气层之间进行循环，导致地球表面的平均温度升高。
“FSV计划”将会阐明用先进高强钢来制造车身结构，减轻汽车重量和减少GHG气体排放。
本文说明了“FSV计划”中的相关的钢铁技术和设计构思，及第二阶段现已所获得的结果。
1.0 项目目标“FSV计划”中工程技术人员关注的焦点是提出一种新的全局性的开发设计方法，目标是开发出具有创新性的整车布置和优化的车身结构的先进汽车，该车将会使用一系列在2015年至2020年之间比较成熟的先进钢铁材料和制造技术。
“FSV计划”主要分为三个阶段：阶段1：工程研究（已完成）阶段2：构思与设计（至2010年）阶段3：展示和具体实施（至2011年）第一阶段主要是对将来适用于2015年至2020年之间的，先进汽车动力系统和适合批量生产的未来汽车技术进行综合性评价和验证，该阶段所获得的结果在另外一篇报告中有阐述。
图1-1 “FSV计划”的整个设计优化过程“FSV计划”已进行到第二阶段的中间阶段，优化设计采用先进高强钢制造的车身结构，主要涉及到4种不同的汽车，电动汽车（BEV）和插电式混合动力汽车（PHEV-20），属于A级/B级汽车；插电式混合动力汽车（PHEV-40）和燃料电池汽车（FCEV），属于C级/D 级汽车。
基于轻量化的汽车零部件设计研究
基于轻量化的汽车零部件设计研究1 汽车轻量化技术汽车轻量化是以保证汽车具有原本的强度与性能为基础，再减轻汽车各零部件的质量，那么汽车的动力性将会有一定的提高。
因此从以下方面提出改变方案：①从使用材料的质量入手，在保证汽车原有各种参数的基础上，尽量地减轻质量；②使用新材料代替，比如铝合金等密度尽量小的材料；③对各种零部件的构架进行一个整体的分析，寻找一种新的加强方法；④采用承载式车身可以取消车架的使用，从而大大减轻质量。
2 轻量化在底盘零件上的应用底盘零件的构造组成主要是有四部分，分别是制动系、装相系、行驶系统和制动系统。
行驶系的功用是支持整车质量并且保证汽车平稳运行；为了保证汽车平稳转向，设置了转向系；传动系是由离合器、变速器、万向节等组成的，离合器可以保证汽车的换挡、起步等平稳实现，变速器可以用于汽车的变速；制动系的主要作用就是使运动中的汽车实现减速或是停车，使下坡的汽车保持稳速下行，保证已经停止的汽车不产生运动。
2.1 副车架的轻量化副车架是车桥的组成部分，由于它将车桥、悬挂与正车架连起来，所以就被称为副车架。
副车架的成型方式是热轧钢板冲压焊接成型，但这是传统的加工方式。
为了减轻副车架的质量，先是改变了成型技术。
采用了液压成型方式，用低合金高强度钢焊接钢管，再利用液体介质进行传力。
通过这种方式生产出的副车架的减震效果与原先的冲压成型并无太大差异，但实现了车架的轻量化，减少了零件数，也省去了一部分的焊接与装配工序，降低了生产成本。
液压成型的副车架如图1所示。
图1 液压成型的副车架成型方式改变之后，再在材料上寻求了改变，在轻量化中，铝合金的使用是非常受欢迎的，因为它具有密度小、成型性好的特点。
目前铝合金副车架成型工艺基本都已能成熟地应用于汽车生产中，且轻量化效果能够达到将近40%。
不同车型应用的成型工艺和材料如表1所示。
表1 不同车型应用的成型工艺和材料2.2 后纵臂的轻量化后纵臂在汽车底盘零件中经常被用到，作为底盘的重要零件，它在汽车行驶中起到非常重要的作用。
车身结构分析及轻量化优化设计
江苏大学硕士学位论文车身结构分析及轻量化优化设计姓名：孙军申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：朱茂桃;陈上华20040601江苏大学工程硕士学位论文图２．３计算对象的实物照片２．２．１模型的简化以某军车作为研究对象，其外形如图２．３所示。
该车是—种采用焊接、铆接以及螺栓连接等方式建立起来的空间板壳结构。
在建立有限元模型前，用Ｐｒｏ／Ｅ建立军车的初步实体模型。
参考文献及以前的工作经验，确定模型的简化原则如下；①略去功能件和非承载构件嗍。
②将连接部位作用很小的圆弧过渡简化为直角过渡。
③在不影响整体结构的前提下，对截面形状作一定的简化。
④对于一些结构上的孔、台肩、凹槽、翻边在截面形状特性等效的基础上尽量简化，对截面特性影响不大的特征予以忽略。
【１１１【１２１［１３】⑤对于车身各大片间的连接部位，采用耦合约束。
按照简化原则，运用Ｐｒｏ／Ｅ得到整车实体模型，将其输出为ＩＧＥＳ文件，运用ＡＮＳＹＳ输入命令，转换为ＤＢ文件。
所建立整车实体简化模型如图２Ａ所示：８江苏大学工程硕士学位论文图２．４研究对象实体模型２．２．２模型离散化图２．５整车离散化模型２．２．３整车模型工况选取和边界条件的处理２．２．３．１模型工况的选取及约束处理汽车车身通过前、后桥支撑在地面上，地面的反作用力通过悬架传给车体。
车身骨架与车架刚性相连，而车架通过悬架系统与车桥相连。
因此不同的悬架系统对车架以及车身骨架的强度和刚度的影响较大。
若忽略悬架的约束作用，采用简单的两点支承方式，显然不符合实际情况：同时，若不考虑悬架的结构形式如何，仅用螺旋弹簧来模拟钢板弹簧悬架，也与实际结构不符，因为钢板弹簧除了作为弹性元件外，还起到导向作用，因此在各个方向上均９江苏大学工程硕士学位论文３．２整车有限元计算结果分析㈣嘲嘲１圈嘲剀嘲３．２．１整车强度分析１．弯曲工况下的强度分析在满载，弯曲工况下，得到整车的应力分布，从应力分布彩图中可以知道，车身骨架以及车身蒙皮上的应力都比较小，最大应力为６０．ＩＭＰａ，位于钢板弹簧后吊耳与车架相连接的位置。
汽车轻量化技术之镁合金
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可以镁合金化的汽车零件
▪ 悬吊系统总成——零件名称：车轮，备用轮胎，控制臂(2个，后方)， 控制臂(2个，前方)，引擎架，后方支架
▪ 内装总成——零件名称：仪表板、横梁，仪表板支架，椅背椅座，气 囊零件
▪ 方向盘总成——方向盘零件 ▪ 车身总成——零件名称：保险杆补强横梁，铸造车门内衬，铸造A/B柱，
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▪ 3．有较高的尺寸稳定性，稳定的收缩率，铸件和加工件尺 寸精度高，适于做样板，夹具和电子产品外罩。
▪ 4．对缺口的敏感性比较大，易造成应力集中。 ▪ 5．可回收。与塑料类材料相比，镁合金具有可回收性。这
对降低制品成本、节约资源、改善环境都是有益的。 ▪ 6抗EMI电磁波：镁合金为非磁性金属，电磁遮蔽性能优良。
车身采用轻量化材料：镁合金、铝合金、钛合金等
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引领新睿名仕风尚 全新捷豹XJ 2010年即将登陆
铝镁合金外衣打造5.7秒脱兔动力
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中国载货车和轿车对镁合金的需求量 ▪2005年达4.785万吨， ▪2010年可望达6.13万吨， ▪2015年预计可达6.9万吨， ▪2020年将可达7.56万吨。
▪ \ 年份 地区＼ 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2005
▪ 北美
23 31 38 41 47 45 80
▪ 欧洲
10 20 17 23 29 33 58
▪ 日、韩
2
2
3
4
5
6
22
▪ 其它
7
7
9
9
10 11 22
▪ 共计
42 50 67 77 91 95 182
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全球限量500辆 雷克萨斯LFA超级跑车首亮第四 十一届东京车展
汽车材料调研报告
汽车材料调研报告汽车材料调研报告引言：汽车材料是指用于制造汽车的各种材料，包括金属材料、聚合物材料、复合材料等。
随着汽车工业的快速发展，汽车材料的研究和应用也变得越来越重要。
本次调研的目的是了解当前汽车材料的主要应用状况和未来发展趋势。
一、金属材料金属材料一直是汽车制造中最常用的材料。
其中，钢铁材料占据了70%以上的比例，主要用于汽车车身和底盘的制造。
铝合金材料在汽车制造中也得到广泛使用，它具有重量轻、强度高的优点。
未来，随着汽车轻量化的趋势不断加强，铝合金在汽车材料中的应用将会进一步增加。
二、聚合物材料聚合物材料在现代汽车制造中扮演着重要的角色。
汽车的塑料件数量在不断增加，原因是塑料件具有良好的成形性、重量轻、抗腐蚀等特点。
高性能工程塑料在汽车材料中的应用也在不断提高，这些材料具有较高的力学特性和耐高温性，适用于制造发动机盖、车灯等部件。
此外，生物可降解塑料的研究也在进行中，未来有望广泛应用于汽车材料领域。
三、复合材料复合材料在汽车制造中的应用越来越广泛。
碳纤维复合材料具有重量轻、强度高等优点，适用于制造车身和内饰件。
玻璃纤维复合材料在汽车材料中的应用也很广泛，主要用于制造车身结构件和底盘。
未来，随着复合材料的进一步研究和应用，汽车的结构性能和安全性将会得到极大提升。
四、新材料的发展趋势随着汽车工业的快速发展，新材料的研究和应用也在不断推进。
目前，有几个新兴材料在汽车材料中备受关注。
首先是镁合金材料，它具有比铝合金更轻、更高的比强度，适用于制造汽车底盘和车身。
其次是碳纳米管材料，它具有优异的力学性能和导电性能，可用于制造电动汽车的电池和电路。
此外，纳米材料、高熵合金等也在汽车材料中有着广阔的应用前景。
结论：汽车材料在不断创新和发展中，金属材料、聚合物材料和复合材料在汽车制造中的应用越来越广泛。
未来，随着汽车工业的发展和对轻量化、高性能的需求，新材料将会得到更多的研究和应用。
汽车材料的创新将推动汽车工业的发展，同时也将为我们的出行提供更加安全、环保和高效的选择。
车身轻量化中梁截面优化的研究与实现
研究 了薄壁梁截 面 的形 状 优化 ， 文献 ［ ］ ６ 中对 薄 壁 梁 截 面 形 状 的 优 化 也 做 了 深 入 研 究 。 但 在 这
些 优 化 中 ， 忽 略 了 截 面 的 翘 曲 特 性 ， 化 变 量 都 优
车身梁单元截面设计是 车身 概念设 计 的一项关键 任务 ， 因为截面决定 了梁单元 的实 际性能 ， 从而影 响到车身整体性能。 目前 ， 这项工作主要依靠参照 某具体车型和实验模拟 ， 容易造成截面形状的不合 理和截面厚度盈余过大 ， 从而造成材料浪费和车身
Ｇ ｏＲ ｎ ｉｇ ｕ ｕ ｑｎ ，Ｈｏ ｎ ｉ ， ｉｇ＆ Ｊａ ｇＺ ａ ｊａ ｕＷｅ ｂｎ ＨｕＰ ｎ ｉｎ ｈ ｏｕ ｎ
Ｓｈｏ ｏ ｕ ｍ ｔ ｅ ｎ ｉ ｅ ｎ Ｓａｅ ｅ ａ ｏａ ｒ ｏ Ｓｒｃｕａ Ａ ａｙｉｆｒ ｎｕｔａ ｑｉ ｅｔ Ｄ ｌ ｎＵ ｉ ｒｔ ｏ ｅ ｎｌ ｙ Ｄ ｌ ｎ １６２ ｃｏｌｆＡ ｔ ｏｉ ｇｎ ｒ ｇ， ｔ ｙＬｂｒｔ ｙｆ ｔ ｔ ｌ ｎｌ ｓ ｏ Ｉｄ ｓｉｌ ｕ ｍ ｎ ， ａｉ ｎｖ ｓｙｆ Ｔｃ ｏ ｇ ， ａｉ １０ ４ ｏ ｖ Ｅ ｅｉ ｔＫ ｏ ｕ ｒ ｓ ｒ Ｅ ｐ ａ ｅ ｉ ｈ ｏ ａ
优化算法 ， 进行 了多约束条件下车身梁截面厚度和形状的优化 ； 现了车身 的轻量化 。 实
关键词 ： 截面 属性 ； 比例 向量 ；Ｓ 截面 优化 ； Ｐ Ｏ； 轻量化 Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ Ｉ ｌｍｅ ｔｔ ｎ ｏ ａ Ｓ ｃｉｎ Ｏｐ ｉ ｚ ｔｏ ｓ ａ ｃ ｎ ｍｐｅ ｎ ａｉ ｆＢｅ ｍ ｅ ｔｏ ｔｍｉａｉｎ ｏ ｆｒＶｅ ｉｌ ｄ ｉｈ ｗｅｇ ｔ ｇ ｏ ｈ ｃｅ Ｂｏ ｙ Ｌ ｇ ｔ ｉｈ ｉ ｎ
的方法优化设计截 面， 提高车身概念模型 的可靠性
碳纤维复合材料（CFRP）在汽车轻量化中的应用
碳纤维复合材料（CFRP）在汽车轻量化中的应用作者：孙少杰来源：《粘接》2022年第07期摘要：针对传统汽车在制造过程中存在的高油耗、质量大、安全性低等问题，采用将碳纤维复合材料（CFRP）应用于汽车零部件制造过程的方式，并结合计算机辅助工程（CAE）对汽车进行结构优化，可有效根据汽车的不同结构及用途灵活的对产品进行设计及加工成型，有利于最大限度的减轻汽车整体质量，利用碳纤维复合材料超高的自身频率及吸收震动能量，使该材料的震动阻尼系数不断增高，在汽车遭受冲击时，碳纤维复合材料可有效吸收冲击能量，提高驾驶人员的安全性。
将该材料应用于汽车生产领域，可实现降低油耗、减少排放的目的。
关键词：碳纤维复合材料;CFRP;汽车轻量化;发展趋势中图分类号：TQ342+.742 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2022）07-0076-04Application of Carbon Fiber Reinforced Polymer （CFRP）in automotive lightweightSUN Shaojie（School of Automotive Engineer， Shanxi College of Communication Technology， Xi'an 710018， China）Abstract：In view of conventional cars in the manufacturing process of high fuel consumption，low quality， safety problem， Carbon Fiber Reinforced Polymer （CFRP） was applied to auto parts manufacturing process， and connecting with the Computer Aided Engineering （CAE） for structural optimization about cars， which can effectively design and proceed according to thedifferent structure and usage with flexibility of the car. It is beneficial to reduce the overall mass of the car to the maximum extent. The vibration damping coefficient of the material is continuously increased by using the super high frequency of the carbon fiber composite material and absorption of vibration energy. When the car is impacted， the carbon fiber composite material can effectively absorb the impact energy and improve the safety of the driver. The application of the material in automobile production canreach the aim of reducing fuel consumption and emissions.Key words：carbon fiber composites; CFRP; automotive lightweight; development trend隨着我国经济的不断发展，汽车工业领域的规模越来越大，人们对于汽车的需求也越来越高。
车身材料发展史
重庆大学课程报告车身材料的发展与汽车轻量化学生：石东博学号：***********t学院：材料学院车身材料的发展与汽车轻量化1.车身的发展1886年，德国工程师卡尔·奔驰和戈特利勃·戴姆勒分别发明的三轮和四轮汽油机汽车，当时的轿车几乎没有车身。
进入20世纪，这一时期的轿车车身沿用了马车车身结构，车身多为木结构形式。
l915年福特生产的T型箱型轿车，它确立了以后轿车的基本车身造型，其车身覆盖件开始采用了薄钢板冲压成型。
20世纪20年代，由于材料和冶炼、成型、焊接等方面技术的进步，轿车车身出现了整体式车身结构的设计思想，即用薄壁结构制成硬壳式金属整体车身。
汽车车身由以敞篷为主转变为以封闭的箱式车身为主。
1925年，在整体式车身结构的基础上发明了承载式车身，车身由钢板冲压成型的金属结构件和大型覆盖件组成，这种金属结构的车身一直沿用至今。
50年代～70年代承载式轿车车身得到广泛的应用并出现了“车身力学”这一新概念，为轿车车身设计开发研究建立了较为完整的框架。
很多新型材料应用于车身，诸如复合材料、铝合金材料以及工程塑料等。
车身内装饰已开始广泛采用人造材料，车身外表涂料则采用具有弹性和高度光泽的合成涂料。
随着高速公路的发展，车身空气动力学试验也逐渐成为轿车车身设计的必要程序，轿车车身的安全性和人体防护问题也提到了议事日程。
20世纪80年代以后，轿车车身各分支技术朝着更深入、更系统的方向发展。
在车身材料方面，就金属材料而言，应用于轿车车身高韧性的超高强度钢正在不断问世，并大量采用良好的防腐蚀性镀锌钢板。
大量的非金属材料已广泛应用于轿车车身并出现了全铝车身和全塑料复合材料车身等。
相关的加工工艺方法(如冷冲压、特种材料成型加工、各种形式的焊接、喷漆、电镀、塑料成形等)也日新月异且不断完善。
在轿车主动安全性和被动安全性的试验与计算机仿真、轿车车身虚拟造型与图形显示、空气动力学试验与计算模拟、车身电子化设施与装备、轿车车身刚度、强度、车身结构优化以及实验技术与装备等领域都取得了长足进展。
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轻量化车身材料研究
在现代汽车制造业中，轻量化已成为一种不可忽视的趋势。
轻量化的车身能够
降低油耗和排放，提升性能和舒适性。
车身的轻量化主要依靠应用新材料和制造技术。
钢铁、铝合金、纤维增强塑料、碳纤维等材料的研究和应用日益成为轻量化车身制造的关键技术。
本文将探讨当前轻量化车身材料研究的现状和未来发展方向。
1. 钢铁材料的现状和发展趋势
钢铁是汽车制造中最常用的材料之一。
传统的车身由钢铁构成，具有重量稳定，强度高，成本低等优点。
然而，钢铁的密度高，不能满足轻量化的要求。
为了解决这个问题，钢铁材料得到了进一步的改良和发展，比如先进高强度钢、轻量化汽车钢、镀锌钢板和淬火质料等。
这些材料大大提升了钢铁材料的性能，使其达到更好的轻量化效果。
未来的发展趋势是将钢铁材料与新材料结合，提高轻量化和强度，同时降低成本。
2. 铝合金材料的现状和发展趋势
铝合金是一种高性能、低密度的材料，广泛应用于轻量化车身的制造，如车门、车窗、车顶和发动机罩等。
铝合金的轻质化和高强度，使得汽车制造业将其作为新时代的轻量化材料的主角之一。
虽然铝合金有一些缺点，如高成本、易腐蚀和加工难度大等，但随着应用技术的进步和铝合金材料制造成本的降低，铝合金仍旧是轻量化车身制造领域的重要材料之一。
未来铝合金材料的研究和应用将重点关注铝合金的材质强度、抗氧化、弹性系数、延展性和可加工性等方面。
3. 高分子材料的现状和发展趋势
高分子材料是一种具有优异力学性能、轻质化和成型性好的新型材料。
例如，
聚甲醛（POM）、聚酰亚胺（PAI）和聚苯胺（PANI）等高分子材料在汽车制造
中被广泛应用，在轻量化车身、减震器、密封件和悬架等方面具有优异的性能。
高
分子材料的未来发展趋势主要侧重于提高材料的耐磨性、抗老化性、耐腐蚀性、缩短成型周期和降低生产成本等方面。
4. 碳纤维材料的现状和发展趋势
碳纤维是一种优质、轻质化的材料，具有强度大、刚度高、耐久性好、重量轻、耐气候变化特性好等优点，已广泛应用于高性能轿车的车身制造之中。
然而，碳纤维材料的成本较高，加工麻烦，也不如其它材料批量生产。
碳纤维的未来发展趋势主要侧重于改善碳纤维的大规模加工工艺，尽可能降低成本和相关材料处理的复杂性，使碳纤维材料在轻量化车身制造中的应用逐渐趋于成熟。
总而言之，轻量化车身是汽车工业未来的发展趋势。
当前，各种新型轻量化材
料的应用成为推动汽车工业不断提高的主要动力。
目前，轻量化车身的发展正在被业内人士不断关注和探索，未来应用范围也将越来越广。
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