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1、 有關(guān)《汽車(chē)輕量化技術(shù)》文獻(xiàn)閱讀報(bào)告 引言： 汽車(chē)輕量化技術(shù)的內(nèi)涵是指：采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和有效手段對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品進(jìn)行多種優(yōu)化設(shè)計(jì), 或采用新材料在滿(mǎn)足汽車(chē)正常工作的各項(xiàng)要求前提下, 盡可能降低汽車(chē)產(chǎn)品的自身重量, 以達(dá)到降重減輕、節(jié)能減排、操控便捷、安全舒適等綜合指標(biāo)。 1 汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 早在二十世紀(jì)初期，參與賽車(chē)運(yùn)動(dòng)的賽車(chē)就由賽車(chē)運(yùn)動(dòng)協(xié)會(huì)提出了重量上的限制，這也成為世界上最早的汽車(chē)輕量化事件。這項(xiàng)規(guī)定也為汽車(chē)輕量化以后的快速發(fā)展提供了一個(gè)良好的開(kāi)端。自此，汽車(chē)零部件開(kāi)始出現(xiàn)鋼板沖壓件，來(lái)替代以前經(jīng)常使用的圓管材料，底盤(pán)及車(chē)架、車(chē)身等零件的制造往往采用這

2、些鋼板沖壓件。到了上世紀(jì)中葉第二次世界大戰(zhàn)后，德國(guó)大眾公司開(kāi)始將輕量化措施大量應(yīng)用在汽車(chē)設(shè)計(jì)和制造上，特別是將鎂合金材料第一次使用在“甲殼蟲(chóng)”車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱殼體上，這一創(chuàng)舉為今后輕量化技術(shù)的發(fā)展開(kāi)啟了歷史新紀(jì)元。 然而，當(dāng)時(shí)汽車(chē)輕量化技術(shù)還沒(méi)有得到人們足夠的重視。直到二十世紀(jì)70年代之后，隨著全世界范圍石油危機(jī)的爆發(fā)，也隨著汽車(chē)設(shè)計(jì)、制造工藝技術(shù)及汽車(chē)材料技術(shù)的發(fā)展，人們才開(kāi)始逐漸重視汽車(chē)輕量化技術(shù)的研究，并開(kāi)始逐步應(yīng)用在汽車(chē)產(chǎn)品上，汽車(chē)輕量化技術(shù)才得以長(zhǎng)足發(fā)展。 時(shí)至今日，安全、節(jié)能、環(huán)保已成為提高汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)永恒話(huà)題。輕量化是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)，受到越來(lái)越多的關(guān)注和重視

3、。一方面，輕量化是節(jié)能減排的需要。轎車(chē)的自身質(zhì)量每減輕10％，燃油消耗可降低6％—8％。燃油消耗的減少，既能降低能耗，又能減少污染物的排放。另一方面，輕量化也是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的要求。日益苛刻的整車(chē)安全法規(guī)和消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)越來(lái)越多的功能需求，要求汽車(chē)設(shè)計(jì)者不斷地增加各類(lèi)附件，以滿(mǎn)足安全、排放、舒適性、可靠性、智能化等要求，并在零件數(shù)量不斷增加的同時(shí)減輕其質(zhì)量?？傊?chē)輕量化技術(shù)已在汽車(chē)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，已成為行業(yè)的共識(shí)，并且，汽車(chē)輕量化成果也日趨顯著。 2 實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的措施 汽車(chē)輕量化要求在保證汽車(chē)整體質(zhì)量和性能不受影響的前提下,應(yīng)最大限度地減輕各零部件的質(zhì)量,努力謀求高輸出功率、

4、低噪聲、低振動(dòng)和良好的操縱性、高可靠性等，并盡量降低燃油消耗,減少排放污染。通過(guò)輕量化技術(shù)的內(nèi)涵可知,汽車(chē)的輕量化主要通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和使用新輕質(zhì)材料兩大措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，此外還有先進(jìn)的制造工藝等。 2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 目前國(guó)內(nèi)外汽車(chē)輕量化技術(shù)發(fā)展迅速,主要的輕量化措施之一是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。所謂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是指設(shè)計(jì)者在全部可能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，利用數(shù)學(xué)手段，選取其中最優(yōu)方案的一種設(shè)計(jì)方法。它包括拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化以及多學(xué)科優(yōu)化等。 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)融合到了汽車(chē)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段。特別是在現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)中,人們將CAD /CAE /CAM 一體化技術(shù)運(yùn)用到汽車(chē)設(shè)計(jì)

5、和制造的各個(gè)環(huán)節(jié)，大大改善了汽車(chē)的輕量化設(shè)計(jì)、制造。運(yùn)用這一技術(shù)不僅可以對(duì)汽車(chē)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和優(yōu)化,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)零部件的精簡(jiǎn)、整體化和輕質(zhì)化，還可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)車(chē)身實(shí)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局設(shè)計(jì),以便對(duì)各構(gòu)件的開(kāi)頭配置、板材厚度的變化進(jìn)行分析,并可從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取由系統(tǒng)直接生成的有關(guān)該車(chē)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行工程分析和剛度、強(qiáng)度計(jì)算等。目前，具體合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施有以下3個(gè)方面: （1）通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),減小車(chē)身骨架及車(chē)身鋼板的質(zhì)量,對(duì)車(chē)身強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核,確保汽車(chē)在滿(mǎn)足性能的前提下減輕自重。 （2）通過(guò)結(jié)構(gòu)的小型化,促進(jìn)汽車(chē)輕量化,主要通過(guò)其主要功能部件在同等使用性能不變的情況下,縮小尺寸。

6、 （3）采取運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)方式的變化來(lái)達(dá)到目的。比如采用轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng)和超輕懸架結(jié)構(gòu)等,使結(jié)構(gòu)更緊湊,或采取發(fā)動(dòng)機(jī)后置、后輪驅(qū)動(dòng)的方式,來(lái)達(dá)到使整車(chē)局部變小,實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的目標(biāo)。 2.2 使用新型輕質(zhì)材料 現(xiàn)在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)中使用輕質(zhì)材料的方法主要包括采用輕量化材料和輕量化材料成形技術(shù)兩方面。輕量化材料是指用來(lái)減輕汽車(chē)零部件質(zhì)量的材料，當(dāng)前已應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)的輕質(zhì)材料可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是低密度輕質(zhì)材料，如鋁合金、鎂合金、鈦合金、塑料和復(fù)合材料等；另一類(lèi)是高強(qiáng)度材料，如高強(qiáng)度鋼和高強(qiáng)度不銹鋼等。而輕量化材料成形技術(shù)是指為了滿(mǎn)足高強(qiáng)度材料的應(yīng)用，以及實(shí)現(xiàn)零件集成化設(shè)

7、計(jì)需要所采用的技術(shù)。目前，應(yīng)用較為廣泛的有激光拼焊板技術(shù)（TWB）、熱壓成形技術(shù)（HPF）和液壓成形技術(shù)（HF）等。 每種輕質(zhì)材料各具特色，各有優(yōu)缺。如鋁合金材料機(jī)械性能強(qiáng)，耐腐蝕性、導(dǎo)熱性好，但它價(jià)格比較高，難于焊接加工；而鎂合金材料密度很低、強(qiáng)度與質(zhì)量比很高，但其鑄造性差，后處理工藝復(fù)雜,且鎂產(chǎn)量較低、成本高等。因此，為了更好的滿(mǎn)足現(xiàn)代汽車(chē)輕量化的要求，人們也在不斷地研究各種輕質(zhì)材料的性能，力求找到性能更優(yōu)異的輕質(zhì)材料來(lái)滿(mǎn)足當(dāng)今社會(huì)的需求。 2.3 先進(jìn)制造工藝 在大量采用高強(qiáng)度鋼、鋁鎂合金、塑料和復(fù)合材料等輕量化材料來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的同時(shí)，與之相匹配各種先進(jìn)制造工

8、藝也得到了廣泛應(yīng)用。所謂先進(jìn)制造工藝是指：采用新材料生產(chǎn)汽車(chē)零部件所需的特殊加工技術(shù)，主要有先進(jìn)的材料連接技術(shù)、零部件表面處理技術(shù)等。 如激光拼焊板技術(shù)實(shí)現(xiàn)同一板材不同處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求不同，板材厚度也不同。既保證強(qiáng)度要求，又能節(jié)約板材，減少車(chē)身重量；用于高強(qiáng)度鋼板沖壓件的熱沖壓成形工藝；用于車(chē)身結(jié)構(gòu)連接的膠接和膠焊工藝等，另外，液壓成型技術(shù)（HPF）等也是車(chē)身輕量化先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的新方向。 3 汽車(chē)輕量化的評(píng)價(jià)指標(biāo) 就目前而言，對(duì)于汽車(chē)輕量化技術(shù)水平的評(píng)價(jià)尚沒(méi)有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)。各汽車(chē)廠(chǎng)家為了提高自身產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在滿(mǎn)足相關(guān)法規(guī)要求的前提下，不斷地減輕整車(chē)質(zhì)量、降低油耗

9、、改善操縱性能，在車(chē)身設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)師們已經(jīng)開(kāi)始對(duì)輕量化指標(biāo)進(jìn)行探索了。車(chē)身輕量化技術(shù)指標(biāo)能給車(chē)身開(kāi)發(fā)提供一個(gè)方向性的指導(dǎo)，但在行業(yè)內(nèi)尚未形成一個(gè)高度認(rèn)同的指標(biāo)。目前應(yīng)用較為普遍的幾種車(chē)身輕量化指標(biāo)如下： （1）車(chē)身輕量化系數(shù)（Light Weight Index）； （2）車(chē)身最低屈服強(qiáng)度 ； （3）制造車(chē)間關(guān)鍵指數(shù)（Key Bodyshop Figure）； （4）車(chē)身單位體積質(zhì)量。 4 汽車(chē)輕量化技術(shù)的未來(lái)研究方向 4.1 在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面 汽車(chē)結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化等技術(shù)已逐步發(fā)展成熟并得到廣泛應(yīng)用，但汽車(chē)結(jié)構(gòu)

10、的多學(xué)科、多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、離散桿系結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化等方法，還有待進(jìn)一步研究和完善。 4.2 在輕量化材料的應(yīng)用方面 變形鎂合金、新型塑料和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有較大的應(yīng)用潛力；另外，由于單一材料難以最大程度地滿(mǎn)足汽車(chē)結(jié)構(gòu)的輕量化要求，研究多種材料混合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論、方法和相應(yīng)工藝，在汽車(chē)不同部位采用不同的材料，充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)選材與零部件功能的最優(yōu)組合，這種多材料一體化設(shè)計(jì)理論和方法將成為汽車(chē)輕量化技術(shù)的研究熱點(diǎn)。 4.3 在工藝研究方面 液壓成型、激光焊接等技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用，熱成形工藝的應(yīng)用將得到進(jìn)一步發(fā)展。此外，零部件的輕量化將得到重視。而且，各種輕量化

11、技術(shù)是相輔相成的，充分發(fā)揮不同輕量化手段的優(yōu)勢(shì)，研究汽車(chē)材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化和集成化方法，即輕量化技術(shù)的系統(tǒng)化和集成化，也是未來(lái)汽車(chē)結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)的研究方向。 5 總結(jié) 隨著人們對(duì)汽車(chē)安全性、舒適性、環(huán)保性以及經(jīng)濟(jì)性等要求的提高，汽車(chē)安裝空調(diào)、安全氣囊、隔熱隔音裝置、廢氣凈化裝置、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等越來(lái)越普及，這無(wú)形中增加了汽車(chē)的質(zhì)量、耗油量和耗材量，也導(dǎo)致了大量能源的消耗、汽車(chē)尾氣排放的增加等。而汽車(chē)輕量化技術(shù)對(duì)汽車(chē)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，不僅關(guān)系到車(chē)輛的節(jié)能減排、安全、成本等諸多方面，同時(shí)也對(duì)世界能源、自然資源和環(huán)境具有深刻的影響，它已成為汽車(chē)設(shè)計(jì)和汽車(chē)材料應(yīng)用

12、技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)方向。但目前汽車(chē)輕量化技術(shù)還處于不完全成熟的階段，很多難關(guān)有待我們?nèi)スタ?，很多方面值得我們?nèi)ゲ粩嗵剿餮芯俊? 主要參考文獻(xiàn) 【1】李朝暉，楊新樺． 汽車(chē)新技術(shù)［M].重慶: 重慶大學(xué)出版社，2012. 【2】馮國(guó)勝，楊紹普.車(chē)輛現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法.北京：科學(xué)出版社，2011. 【3】劉偉燕，王書(shū)偉.輕量化技術(shù)在汽車(chē)車(chē)身上的應(yīng)用 [J].汽車(chē)工程師，2011. 【4】張式程.汽車(chē)輕量化技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì) [R].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2011. 【5】陳力禾.汽車(chē)輕量化之鎂 [R].第7 屆CAE

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