昨天，我們?yōu)榇蠹抑v述了

車身輕量化的思路及途徑之一 輕量化材料的應(yīng)用

今天，我們就接著昨天的話題繼續(xù)為大家講述車身輕量化的思路及途徑的第二個重要方法——輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計。

除直接運用輕量化材料代替普通鋼板外，還需要對車身整體結(jié)構(gòu)進行分析和優(yōu)化，實現(xiàn)汽車零部件的整體化、集成化和精簡化。

輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的發(fā)展，一般利用 CAD、CAE 技術(shù)進行車身布局設(shè)計和車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對各構(gòu)件的形狀、配置、板厚進行強度以及剛性的計算和分析，在保證性能的前提下，尋求零部件壁厚減薄、數(shù)量精簡和結(jié)構(gòu)的整體化、合理化設(shè)計。圖 6 所示為吉利汽車 FE 車型散熱器上橫梁總成通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、精簡制件，在保證安全的前提下減重2.2 kg。

1. 布局優(yōu)化

布局優(yōu)化即考慮實際工況來實現(xiàn)車身整體或局部結(jié)構(gòu)的最佳布局形式，如采用前置前驅(qū)布置可減少很多傳動系統(tǒng)制件從而達到減重目的，另外，采用承載式車身可以取消車架從而大大減輕車身重量。

2. 尺寸優(yōu)化

尺寸優(yōu)化過程中，往往根據(jù)質(zhì)量、強度等優(yōu)化目標對板厚、梁截面及截面慣性矩等尺寸進行優(yōu)化，使應(yīng)力分布均勻化，而且，尺寸優(yōu)化一般以汽車零部件的形狀尺寸為變量，以滿足各種工況下的剛度、振動、強度和吸能性等。汽車設(shè)計中線性靜力學問題和線性振動問題可以使用傳統(tǒng)的數(shù)值優(yōu)化算法對輕量化直接進行設(shè)計，以線性彈性尺寸優(yōu)化為基礎(chǔ)的設(shè)計方法可以對汽車上使用的零部件進行優(yōu)化并對汽車進行減重。

3. 形狀優(yōu)化

形狀優(yōu)化即通過適當改變制件的外形使結(jié)構(gòu)更加均勻地受力，具體措施是對汽車結(jié)構(gòu)整體或局部進行形狀優(yōu)化，從而使材料能夠發(fā)揮出更大的潛力。工程師們一般利用有限元法來避免應(yīng)力高峰，使應(yīng)力分布盡可能均勻化，具體做法是向承受高負荷的部位儲存或增強材料，在承受低負荷的部位減薄或去除材料。

4. 拓撲優(yōu)化

拓撲優(yōu)化即對指定設(shè)計空間的材料分布進行分析，通過拓撲算法自動得到最優(yōu)化的動力傳遞路徑以達到盡可能多節(jié)省材料的目標。拓撲優(yōu)化就是尋求材料在空間的最佳分布，被廣泛承認是一種最具有應(yīng)用價值的方法，常用的結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法有均勻化方法和變密度法。在工程分析過程中，為了更清晰地定義設(shè)計空間、目標和約束，如圖 7 所示，一般遵循該流程。