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中國重汽汽車輕量化實(shí)例介紹 中國重型汽車集團(tuán)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(fèi)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(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)用的材料無疑是中國汽車產(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)用的材料無疑是中國汽車產(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駕駛室白車身開發(fā)為例介紹輕量化設(shè)計在中國重汽的應(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HOWO A7駕駛室進(jìn)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(guān)于對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)對輕量化方案與原方案做結(jié)構(gòu)安全對比分析 前言 優(yōu)化流程 中國重汽汽車輕量化實(shí)例介紹 1 模型建立 中國重汽汽車輕量化實(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RBE2單元作用于頂蓋上 下面是模型及分析結(jié)果圖 中國重汽汽車輕量化實(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 后壓 前壓工況下的部件設(shè)計變量ID號與靈敏度系數(shù)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(shí)例介紹 靈敏度系數(shù)曲線 頂壓 中國重汽汽車輕量化實(shí)例介紹 靈敏度系數(shù)曲線 后壓 中國重汽汽車輕量化實(shí)例介紹 靈敏度系數(shù)曲線 前壓 中國重汽汽車輕量化實(shí)例介紹 根據(jù)上面列表中所得的設(shè)計變量ID號 得到對頂壓 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 中國重汽汽車輕量化實(shí)例介紹 靈敏度系數(shù)越大說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 中國重汽汽車輕量化實(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)計算結(jié)果 經(jīng)過輕量化分析之后 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 中國重汽汽車輕量化實(shí)例介紹 3 4結(jié)構(gòu)安全驗證 通過安全分析對輕量化結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗證 中國重汽汽車輕量化實(shí)例介紹 4 結(jié)論 通過對駕駛室三種工況下的靈敏度分析 找到了對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大的部件 對這些部件進(jìn)行厚度的變化以減輕質(zhì)量 并且厚度變化范圍較小 對改進(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)行了動態(tài)的仿真驗證 即以ECER29的試驗規(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 考慮到改變材料強(qiáng)度之后會帶來一系列的生產(chǎn)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(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化分析 中國重汽汽車輕量化實(shí)例介紹 在多目標(biāo)的輕量化分析中 在保證駕駛室結(jié)構(gòu)安全的前提下 對駕駛室結(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)靈敏度分析 通過結(jié)構(gòu)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(jié) 中國重汽汽車輕量化實(shí)例介紹 歡迎到中國重汽集團(tuán)作客WELCOMETOSINOTRUK