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中國重汽汽車輕量化實例介紹 中國重型汽車集團有限公司 前言 近些年 隨著我國汽車保有量的快速增長 加劇了我國石油資源的短缺 而其中汽車燃油消耗不僅是中國石油消費總量中增長最快的部分 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品已成為汽車界的最大發(fā)展目標 要實現這一目標 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 途徑 采用輕量化材料 高強度鋼板 鍍鋅鋼板 鋁鎂合金 復合材料等 優(yōu)化汽車產品結構 使零部件薄壁化 中空化 小型化及復合化等 特點 汽車結構 輕質材料 制造工藝三者的密切結合 前言 目前 在汽車輕量化研究過程中 主要的研究多數集中于車身新材料 新工藝的研究 在材料替代方面有工程塑料 復合材料以及金屬合金等低密度材料和高強度鋼等高性能比材料的開發(fā)應用 在加工裝配方面采用先進的加工工藝和聯接措施 減少輔助材料和零件的使用量 1990 2000年 美 日 德 等國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成有了明顯變化 目前 在國內外汽車上應用較多的輕量化材料有鋁合金 鎂合金 高強度鋼 塑料及復合材料等 中國正在大力推行以人為本的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 汽車產業(yè)使用可持續(xù)應用的材料無疑是中國汽車產業(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程中 主要的研究多數集中于車身新材料 新工藝的研究 在材料替代方面有工程塑料 復合材料以及金屬合金等低密度材料和高強度鋼等高性能比材料的開發(fā)應用 在加工裝配方面采用先進的加工工藝和聯接措施 減少輔助材料和零件的使用量 1990 2000年 美 日 德 等國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成有了明顯變化 目前 在國內外汽車上應用較多的輕量化材料有鋁合金 鎂合金 高強度鋼 塑料及復合材料等 中國正在大力推行以人為本的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 汽車產業(yè)使用可持續(xù)應用的材料無疑是中國汽車產業(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駕駛室白車身開發(fā)為例介紹輕量化設計在中國重汽的應用 本案例以有限元分析為基礎 駕駛室白車身的截面厚度為設計變量 質量最輕為目標函數 頂壓 后壓 前壓加載點位移為約束條件 對HOWO A7駕駛室進行靈敏度分析 最后通過優(yōu)化部件截面厚度得到輕量化方案 并以ECE R29 關于對商用車駕駛室乘員保護方面的車輛認證的統一規(guī)定 為標準對輕量化方案與原方案做結構安全對比分析 前言 優(yōu)化流程 中國重汽汽車輕量化實例介紹 1 模型建立 中國重汽汽車輕量化實例介紹 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 底部約束前端轉軸部分和后面支架下端 頂部壓力10000N通過RBE2單元作用于頂蓋上 下面是模型及分析結果圖 中國重汽汽車輕量化實例介紹 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 底部約束前端轉軸部分和后面支架下端 后部壓力10000N通過RBE2單元作用于后壁上 下面是模型及分析結果圖 2 1靜力分析 前壓分析 前壓分析邊界條件及載荷如圖所示 底部約束前端轉軸部分和后面支架下端 前部壓力10000N通過RBE2單元作用于前防火墻上 下面是模型及分析結果圖 中國重汽汽車輕量化實例介紹 在上述頂壓 后壓 前壓靜力分析有限元模型基礎上進行靈敏度分析 邊界條件及載荷均未改變 設計變量設定為駕駛室白車身部件厚度 約束變量設定為加載點位移 約束條件為加載點位移小于原方案 以質量最小為目標函數 做頂壓 后壓 前壓工況下的靈敏度分析 根據分析結果獲得頂壓 后壓 前壓工況下的部件設計變量ID號與靈敏度系數的曲線 如下圖所示 2 2靈敏度分析 中國重汽汽車輕量化實例介紹 靈敏度系數曲線 頂壓 中國重汽汽車輕量化實例介紹 靈敏度系數曲線 后壓 中國重汽汽車輕量化實例介紹 靈敏度系數曲線 前壓 中國重汽汽車輕量化實例介紹 根據上面列表中所得的設計變量ID號 得到對頂壓 后壓 前壓三種工況靈敏度系數較大的部件如圖 頂壓靈敏度系數較大的部件頂壓靈敏度系數較大的部件頂壓靈敏度系數較大的部件 中國重汽汽車輕量化實例介紹 靈敏度系數越大說明改變等量位移所需改變質量越少 從分析的得到的靈敏度系數可以看出優(yōu)化的重點應為地板 立柱和覆蓋件 綜合頂壓 后壓 前壓加載點位移靈敏度系數 本著增加靈敏度系數比較大部件厚度 減少靈敏度系數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 中國重汽汽車輕量化實例介紹 2 3改進方案仿真分析 根據靈敏度系數進行修改的結構計算結果 經過輕量化分析之后 駕駛室實現了減輕自重的目的 駕駛室質量由507 4Kg降低至486 4Kg 減重4 1 中國重汽汽車輕量化實例介紹 3 4結構安全驗證 通過安全分析對輕量化結構進行驗證 中國重汽汽車輕量化實例介紹 4 結論 通過對駕駛室三種工況下的靈敏度分析 找到了對結構強度貢獻較大的部件 對這些部件進行厚度的變化以減輕質量 并且厚度變化范圍較小 對改進后的結構進行了三種工況的靜力分析 分析結果表明駕駛室的結構強度有所提高 然后又進行了動態(tài)的仿真驗證 即以ECER29的試驗規(guī)程為標準進行仿真分析 分析結果表明輕量化之后 乘員的生存空間還有小幅增加 綜上 駕駛室經過輕量化分析之后 新結構質量減輕了21Kg 減重比例為4 1 考慮到改變材料強度之后會帶來一系列的生產問題 比如成本 模具等 因此本次分析中并未對駕駛室部件的材料強度進行優(yōu)化分析 中國重汽汽車輕量化實例介紹 在多目標的輕量化分析中 在保證駕駛室結構安全的前提下 對駕駛室結構進行了參數靈敏度分析 通過結構和材料的優(yōu)化 成功使駕駛室 瘦身 21Kg 同時假人生存空間也有不同程度地提升 總結 中國重汽汽車輕量化實例介紹 歡迎到中國重汽集團作客WELCOMETOSINOTRUK