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摘要:轎車車身是轎車的重要組成部分，整車的產品性能很大一部分取決于車身的性能，因此，轎車車身結構設計在汽車制造工業中的重要性不言而喻。本文對汽車車身結構設計的特點以及有限元模型進行了簡單的論述，對汽車車身結構設計的優化進行了較為系統的分析。

關鍵詞:轎車車身;有限元模型;優化設計

現如今，轎車已經成為了我們生活中必不可少的交通工具。一個國家的汽車制造水平，也一定程度上反映了這個國家的科學技術水平。在發達國家，汽車的普及率非常高，平均每個家庭擁有2－3輛不同的轎車，然而，在中國，汽車的普及率卻遠遠低于發達國家。由于汽車在我國的巨大市場潛力以及汽車制造行業對我國經濟發展的大力推動，汽車產業已經成為了國民經濟的支柱型產業。［1］但是，我國現在汽車制造業的制造水平，與發達國家的汽車制造水平相比，仍然存在比較大的差距。而車身又是汽車組成中相當重要的一部分，車身的好壞會對汽車本身產生直接影響，因此，如何優化設計汽車車身結構，成為了一個非常重要的命題。

1汽車車身結構設計對整車的影響

汽車車身對于整車結構來說，處于相當重要的地位，無論是重量還是制造成本，都在整車當中占了極大的比重。一輛車的美觀性，舒適性以及安全性需要由車身的結構設計特點來決定，車的操作的穩定性和動力性需要由車身結構的外形以及特性來決定，由此可見，汽車車身的發展，決定了汽車整車的發展。

2現代汽車車身結構特點以及設計要求

(1)輕量化是目前車身設計中的主流。在激烈的市場競爭中，能夠設計出質量更輕便，成本更低的汽車，已經成為了一種強有力的競爭手段。(2)車身結構設計中最優先考慮的舒適性和安全性。目前承載式車身結構已經成為車身設計中的主流，主要原因就是這種結構不僅能給駕駛者帶來舒適的駕駛感受，同時也能給予駕駛者一定程度上安全的保障。(3)憑借現代汽車開發技術，優化設計過程，需要盡可能縮短車身結構的開發周期。縮短整車的開發周期，對于汽車制造商來說，不僅能夠極大地節省研發成本，還能在瞬息萬變的市場中，提高自己的生存能力。(4)設計與分析并行。在汽車設計的過程中，車身結構分析全程貫穿其中，在設計的同時進行分析，這樣設計出來的方案，無需再做太大的改動。車身的開發周期又被大大的縮短了。(5)無時無刻不在優化的思想。隨著人們生活水平的不斷提高，消費者對于汽車各項性能方面的要求不斷提高，這也促使了汽車生產商需要不斷地提高自身的競爭力，在設計中引入優化的設計思想。(6)現代車身結構設計要滿足如下幾個方面的要求:車身結構的動力性能要求;理想的碰撞特性;輕量化和低成本;遵循總布置尺寸約束;基于平臺的系列設計;滿足車身制造要求，易于維護和拆裝方便。［2］

3有限元

3．1概念及應用

在汽車CAD/CAE技術中，有限元分析方法和軟件技術非常的重要。汽車結構復雜，對它進行性能研究以及設計的優化，有限元是最合適的選擇。在工程技術方面，對于不規則的幾何體，支撐情況比較復雜的結構以及零部件的計算和分析，有限元都有著相當大的優勢。因為這些優勢，它在多種交通工具的設計中都能得到普遍的應用。

3．2有限元運用在車身結構設計中

汽車的車身對于整車來說，非常重要，但是它的制作需要的材料和制造模具需要的成本都很高，之后的改變造型也很困難。所以需要在設計的初期用有限元的方法對車身的結構以及需要的零部件進行計算，算出它的使用強度的使用壽命，極大地減輕了人力物力財力，因此車身結構有限元方法在汽車生產商中非常受歡迎。有限元建模在汽車結構中主要起到了簡化汽車結構的幾何模型、確定制造所需要的材料的屬性、單元的選擇以及網格的劃分、用來連接和裝配有限元的模型的作用。汽車結構的有限元模型一般分為板殼的單元模型、梁的單元模型和板梁結合的單元模型這三種。

3．3有限元建模的基本流程

如果要用有限元進行結構分析，首先要建造有限元的汽車模型，建立不同的模型，最后分析出來的結果也不一樣，因此有限元分析結果的可信用程度，最終是由建立的分析模型決定的。在建立模型的時候，既要準確的反應汽車的實際特性和結構，又要盡可能的簡化，這樣才可以保證在花費最少的計算資源的情況下得出最精確的結果。一般有兩種建模方法:一是用CAD軟件建立整個的CAD模型，然后將模型中單個的零件的文件轉變成CAE能夠識別的格式，將其導入CAE中，經過修正以及網格的劃分，得到單個的CAE模型。另一種方法是利用CAE軟件中的建模功能直接在CAE中建立與實際尺寸相同大小的零件模型，然后通過同樣的方法來得到整個結構的CAE模型［3］。如果要制造復雜的曲面造型，用CAD造型軟件會比CAE軟件更方便一些。

4車身結構優化設計

優化設計是一門新型的學科，可以建利用有限元分析方法，將結構設計從被動的校驗設計轉變為主動的改善設計，提高設計的快速性和準確性，可以大大縮短產品的設計周期，從而提升產品的質量。結構優化現在大部分都采用準則法。準則法提出優化設計要滿足的一些準則，用迭代法來求出滿足這些準則的解。［4］優化準則法最突出的特點就是迭代次數少，而且設計變量的增加對其影響不大，所以計算效率很高，同時也有利于編程。但是它在建立迭代公式的過程中要經常引入一些假設，這些假設常常與研究的問題的特點有關，所以它的通用性也受到了一些限制。

5結語

車身結構設計，和有限元的建模分析工作，涉及了各方面的專業知識，包括材料學、結構力學、優化理論等等。而且由于國內關于這方面的研究工作剛剛起步，自主開發缺乏經驗，能力較弱。因此在汽車車身結構設計方面，在我國還有相當大的發展空間。本文對汽車車身機構設計的特點以及有限元模型的一些基本論述，以及車身優化結構設計的討論，對我國的汽車制造工業的發展，具有一定的參考價值。

作者:史笑夫 郭薔 單位:華晨汽車工程研究院

參考文獻:

［1］高書娜．轎車車身結構分析與設計技術研究［D］．重慶:重慶大學，2006．

［2］陳洪亮．轎車車身結構力學特征及輕量化設計［D］．武漢:武漢理工大學，2009．

［3］雷明準．轎車車身剛度分析與結構優化研究［D］．合肥:合肥工業大學，2009．

［4］張勝俊．轎車車身結構振動特性研究與設計優化［D］．武漢:武漢理工大學，2010．