轻量化设计理念下汽车配件的以塑代钢应用分析

随着塑性材料的快速发展,在汽车制造领域特别是在汽车内外饰零部件的生产中得到了越来越广泛的应用,进而兴起了“以塑代钢”潮流。塑性材料不仅具有良好的可塑性,而且满足整车轻量化设计的要求,响应了国家节能减排、绿色环保的号召,更为汽车工业的可持续发展注入了全新的活力。文章解析了汽车轻量化设计理念,分析了汽车配件的以塑代钢价值并就其实践应用进行分析。以期为汽车行业的持续、创新发展提供有益借鉴。

闭孔泡沫铝力学特性及其在汽车碰撞吸能中的应用研究进展

汽车低能耗、安全和轻量化已经成为汽车领域研究的热点问题,闭孔泡沫铝作为一种轻质吸能金属材料,在低密度下具有良好的比刚度和比强度,同时具有良好的抗冲击性和能量吸收性,已逐渐引起汽车产业界地重视。简述泡沫铝单轴压缩试验中弹性模量、抗压强度、屈服强度、平台应力、致密化应变等参数的定义和试验标准;综述闭孔泡沫铝的本构方程的研究现状,重点讨论屈服面模型;总结泡沫铝的微观结构有限元建模方法,比较商业软件中集成的宏观材料模型。归纳吸能材料的特点,分析闭孔泡沫铝的吸能能力和抗冲击能力;综述应变率和冲击速度对泡沫铝吸能特性有无影响的研究进展,并对可能存在的影响进行解释。总结闭孔泡沫铝在汽车轻量化和碰撞安全性领域的应用,具体分析典型的案例。指出当前闭孔泡沫铝的力学特性及其在汽车结构中应用存在的问题与难点,总结并提出本研究领域可以借鉴的研究方向。

基于正面耐撞性仿真的轿车车身材料轻量化研究

以某轿车为研究对象,运用显式有限元理论,建立整车有限元模型,基于“汽车正面碰撞乘员保护设计规则(CMVDR294)”的耐撞安全性仿真,从满足整车正面耐撞安全性能的角度,分别采用高强钢和铝合金对车身主要覆盖件进行轻量化研究,使车身减质量分别达9.31kg和53.10 kg,减质量效果达到11.30%和64.50%。对整车变形、整车与刚性墙的碰撞力、运动速度和加速度、主要零部件吸能等方面进行分析、评价,数值仿真验证了轻量化方案的可行性。

材料加工技术创新与汽车轻量化

轻量化是当前汽车工业的发展方向,材料加工技术的创新是汽车轻量化的关键所在,这主要表现在两个方面:一是新型高强度或(和)低密度轻质材料的开发和轻质零件的制备,用其取代传统钢铁零部件,可以大大减轻汽车自重,如高强度钢、铝、镁合金等金属材料以及高分子材料和复合材料等;其二是采用新的成形工艺实现零件及车身部件结构的简化和轻型化,节约生产材料、提高工作性能,如剪裁毛坯、液压成形、零件轧制、发泡铝成形、激光焊接等。最后还展望了汽车轻量化的发展趋势。

考虑碰撞安全性的汽车车身轻量化设计

车身结构轻量化设计的同时,还要保证其碰撞的安全性,为此提出了基于碰撞的汽车车身轻量化设计方法。以某轿车为例,在保证刚度和模态的前提下,对车身零件的厚度进行敏感度分析,以车身质量最小化为优化目标,对车身零件的厚度进行优化计算,根据零件的可制造性和加工成本对优化的零件厚度进行调整。应用有限元和多刚体动力学方法,对整车及乘员约束系统的正面碰撞进行模拟计算,对轻量化的设计结果进行对比分析,根据碰撞结果对优化的车身零件厚度进行调整,使轻量化的车身满足碰撞安全性的要求,验证了基于碰撞的汽车车身轻量化设计方法的可行性。

塑料在汽车轻量化中的应用

综述了汽车轻量化的意义和现状。通过改性,塑料及其复合材料具有较好的柔韧性、耐化学药品腐蚀性、绝缘性、耐摩擦性、抗冲击性以及易加工等特点,广泛应用于汽车的生产。主要从外饰件、内饰件、车身覆盖件、车窗及功能结构件等方面阐述了塑料在汽车轻量化中的应用。

基于两种不确定的稳健设计方法及其在车身轻量化设计中的应用

针对传统基于近似模型的稳健设计方法中近似模型预测误差易导致优化解约束失效的问题,综合考虑参数不确定和近似模型预测不确定的影响,建立基于2种不确定因素的稳健设计方法,并通过数学测试案例验证所提方法的优化效果.同时,针对车身轻量化问题进行应用研究,选取非线性程度高、近似模型不确定影响大的耐撞性指标作为稳健约束.结果表明,基于2种不确定因素的稳健方法可以有效保证高维、强非线性问题优化解的可靠性,并在满足碰撞性能指标的前提下,达到车身减重11.06%的轻量化效果,从而验证了所提方法的可行性.

面向轻量化的车身高强度钢覆盖件刚度仿真

基于壳体有限元理论,在满足车身设计规范前提下,进行车身外覆盖件轻量化定量仿真研究.以发动机罩板为对象,根据车身结构安全性能要求,建立抗弯和抗扭刚度仿真模型.以ST14传统钢板材料仿真结果为比较基准,进行以BH340高强度烘烤硬化钢板为替代材料的发动机罩板轻量化开发.结果表明:在满足车身刚度设计规范前提下,该方案能实现发动机罩板减重14.28%,满足轻量化设计要求.

碳纤维增强复合材料汽车保险杠的轻量化设计

针对某款纯电动汽车保险杠轻量化设计的要求与可制造性,设计了一种整体式碳纤维增强树脂基复合材料保险杠,并采用拉丁超立方采样、Kriging近似建模技术与遗传算法进行优化求解.结果表明,优化后的碳纤维增强树脂基复合材料保险杠能够满足耐撞性要求,并达到减重36.4%的轻量化效果.

汽车轻量化与涂装

介绍了汽车车身轻量化的途径和适应车身轻量化的创新涂装工艺。

基于全局灵敏度分析的某自动装填机构轻量化设计

针对某自动装填机构轻量化设计中出现参数多、模型计算量大等问题,提出将全局灵敏度分析与代理模型技术相结合的优化策略。通过基于Morris轨迹的全局灵敏度分析从32个系统参数中确定14个关键参数,基于拉丁超立方采样技术及径向基函数神经网络技术(Radial Basis Function Neural Networks,RBFNN)建立系统响应关于关键参数的代理模型,用多岛遗传算法对系统参数进行优化求解,致机构重量下降21.8%。数值检验结果表明仅含关键参数的代理模型预测精度较高,证明该方法在多参数复杂系统结构轻量化设计中的有效性。

改进粒子群优化算法在轿车车身轻量化设计中的应用

为了提高粒子群优化算法(PSO)寻优过程中粒子种群之间的多样性,提出了一种基于停滞判断准则与粒子速度更新的改进PSO。在寻优过程中,当粒子群优化陷入停滞时,新的速度更新公式将激活,提高粒子种群之间的多样性。通过数学标准测试函数,进行了数学实验,对比改进PSO与标准PSO的优化能力。结合近似建模技术与合理的约束处理方法,将该算法运用到考虑100%正面碰撞工况、40%偏置碰撞工况、侧面碰撞工况、追尾碰撞工况以及顶压溃工况的车身轻量化设计中。结果表明:在全局寻优能力方面,运用改进PSO优化得到的问题解均优于标准PSO。在满足各项结构性能指标的前提下,可减轻质量23.41 kg。这为轿车车身轻量化设计提供了可借鉴的方法。

铝合金汽车板性能及其应用的研究进展

系统总结并提出了铝合金汽车板材的七种性能要求,以使铝合金汽车板材的研发具有明确目标;介绍了铝合金汽车板的典型化学成分、力学性能及成形性,论述了影响其性能的主要因素,并重点讨论了预处理工艺的影响及其在保证铝合金汽车板性能上的重要性;还介绍了铝合金汽车板的重点研发内容及其应用情况,最后指出降低铝合金汽车板的成本和价格、做好应用研究是今后扩大铝合金汽车板应用的重要工作。

钢塑一体轻量化车身结构设计研究

为实现结构优化和材料替换的混合结构设计,提出钢塑一体轻量化车身结构。以一简单试件验证了钢塑一体结构的可行性;根据灵敏度结果,在普通钣金结构车身的基础上构建了钢塑一体车身结构并对其进行尺寸优化。优化结果表明,钢塑一体车身结构在总质量降低51 kg的基础上,其静、动态特性均有不同程度的改善。最后,通过发动机罩总成试验验证了钢塑一体车身结构的轻量化优势。

车身覆盖件拼焊板冲压成形技术的研究现状及发展趋势

简述了汽车车身覆盖件拼焊板冲压成形技术的特点与发展历史;从拼焊板材料与焊接技术、拼焊板冲压成形的研究手段和面临的几个关键问题等方面阐述了有关拼焊板研究和应用的最新成果;探讨了拼焊板冲压成形技术的发展趋势。

面向车身结构轻量化设计的水平集拓扑优化

提出了一种基于水平集拓扑优化的车身结构轻量化研究方法,该方法非常适合于处理车身结构设计中大量存在的多孔连续性结构体的拓扑优化.运用构造的基于水平集的数值方法,对车身近似二维的典型结构件发动机罩内板进行拓扑优化.结果表明,基于水平集的拓扑优化方法应用于车身结构轻量化研究是可行和有效的.

铝合金材料在轿车车身轻量化中的应用研究

减轻汽车质量、降低燃油消耗和减少排放污染成为汽车工业发展的核心问题,车身的轻量化对于整车轻量化起着举足轻重的作用,采用轻质材料是车身减重的重要途径。该文以某轿车为对象,采用铝合金材料对车身11个主要覆盖件进行轻量化研究,该方案可以使车身减重53.1Kg,减重效果达到64.5%。采用显式有限元理论建立整车有限元模型,从满足整车耐撞安全性能的角度,在整车变形、整车与刚性墙的碰撞力、运动的速度和加速度、主要零部件的吸能等方面进行分析、评价,数值仿真验证了轻量化方案的可行性。

轻型自主移动制孔机器人基准检测技术研究

针对大飞机机身大部件的装配需求,设计了一套柔性好、效率高、自动化程度高的轻型自主移动制孔机器人,并根据制孔机器人自身的结构特点,提出一套机器人视觉检测系统的手眼标定方案。在此基础上,提出了基于基准孔建立局部坐标系和空间坐标系转换的基准检测算法。实验表明:该技术能够实现机器人高精度制孔的精确定位,满足大飞机机身制孔位置精度要求。

汽车轻量化和汽车塑件前景

介绍国内外汽车制造业采用塑料取代金属等材料制造汽车各部件的情况及发展趋势。现在汽车制造成本降低了40%左右,汽车零部件重量减轻约40%。

铝材料打造现代汽车的新潮流

根据现代轿车的追求轻量化,日益广泛使用铝材,已经成为一种趋势。介绍了全铝合金发动机、汽车铝合金配件、全铝车身等,并指出提高抗承载能力和再利用率是铝合金零部件的重要课题。