汽车轻量化技术的研究及发展综述.doc

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1、汽车轻量化技术的研究及发展综述曹荣康天津大学机械学院车辆工稈专业2015级硕士生摘要：汽车轻戢化有利于减少汽车自身匝昴并且能有效降低汽车油耗，对汽车自身经济性、动力性以及环境保护都有很重要的影响，而且适应于H前国家环保要求和汽车市场发展的要求。汽车轻杲化技术主要包括结构优化、材料轻杲化以及先进制造工艺三方面内容，木文综合研究了国内外汽车轻量化技术的发展历史及现状，并基于冃前的研究现状预测了未來此项技术的发展前景。关键词：汽车轻量化结构优化轻帛化材料先进工艺0前言改革开放以来，特别是进入新世纪以来，我国汽车产业实现了突飞猛进的发展。2014年，我国汽车产销量双双突

2、破2300万辆,连续第六年全球排名第一。随看汽车产量和保有量的持续增加，我国面临的能耗、安全、环保三大问题LI益突出，为了推进汽车工业的可持续发展，我国已经把汽车的轻量化作为节能减排的重要途径而放在了战略的高度来对待。另外，汽车生产厂商也面临着适应节能减排环保法律法规、降低汽车制造成木、增强市场竞争力的严峻考验。汽车轻量化技术就是在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整车质量，进而提高汽车的动力性、经济性、安全性等综合性能，从而达到节能减排环保要求。1汽车轻量化技术发展及现状汽车轻量化的指导思想是：在确保稳定提升性能的基础上，节能化设计各总成零部件

3、，持续优化车型谱。试验证明，若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%-8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里汕耗可降低0.3-0.6Jh汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%。目前，国内汽车轻量化材料正在加速发展，新熨列能材料逐渐在汽车制造屮得到丿应丿IJ。随着镁合金材料的技术进步及其抗蠕变性能的进一步改善，

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5、动变速器売体以及发动机1111轴箱若改用镁材料制造，其质量可减轻百分Z三十左右。从80年代末，欧、美、口等很多汽车生产厂家与铝业公司合作就加强了对铝制汽车车身的研究，并取得了令人鼓舞的成就。1995年徳国奥迪公司首先开始批量生产铝制车身，把车身川

6、铝的研究推向了高潮，铝合金在整车使用材料屮的比例逐年提高。铝合金材料凭借良好的成形性能和轻量化效果，现在在奥迪、宝马、奔驰、英菲尼迪、讴歌等国外屮高端主机厂车型副车架上得到使用，成为实现汽车轻量化的有效途径。在结构设计方面可以采用前轮驱动、高刚性结构和超轻悬架结构等来达到轻量化目的，国内已从主要依靠经验设计逐渐发展到应用有限元等现代设计方法进行静强度计算和分析阶段。目前出现了一批拥有自主知识产权的汽车车身模具开发技术，如湖南大学与上汽通用五菱在薄板冲压工艺与模具设计理论方面开展了较深入的研究；北京航空航天大学开发了CAD系统CAXA,并己经开展了客车轻量化技术的

7、研究，利用有限元法和优化设计方法进行结构分析和结构优化设计，以减少车身骨架、发动机和车身蒙皮的重量等。2汽车轻量化技术分类汽车轻量化技术主要包括结构优化、材料轻量化以及先进制造工艺三方面内容。其屮，结构优化设计方面包括：汽车结构的尺寸优化、形状优化、拓扑优化和多学科设计优化；材料轻量化的应用方面包括：铝合金、镁合金、犁料和复合材料等；先进制造T艺方面包括：热成形、液压成型和激光焊接等。其屮，材料轻量化技术是汽车轻量化最关键也是最有效的一项，也是目前汽车轻量化遇到的最大问题。材料的成木以及轻量化材料的安全性能都制约着汽车轻最化发展，加快新熨材料的研发是H前最急迫的

8、任务，轻量化材料的开发与应用也是汽车材料领域最活跃的研究方向z—。E先楚制造工液圧成铝合金图1汽车轻最化技术分类3结构优化目前国内外汽车轻量化技术发展迅速，主要的轻量化措施是轻量化的结构设计和分析，轻量化设计己经融合到了汽车设计的前期。在现代汽车工业屮，利用CAE/CAM一体化技术起着非常重要的作川,涵盖了汽车设计和制造的各个环节。运用这些技术可以实现汽车的轻量化设计、制造。轻量化的手段Z—就是对汽车总体结构进行分析和优化，实现对汽车零部件的精简、整体化和轻质化。利用CAE/CAM一体化技术可以准确实现车身实体结构设计和布局设计，对备构件的开头配置、板材厚度的变

9、化进行分析，并可从数据库屮提取由系统育接生成的有关该车的相关数据进行工程分析和刚度、强度计算。具体结构合理设计有以下3个方血：（1）通过结构优化设计减小车身骨架及车身钢板的质量，对车身强度和刚度进行校核，确保汽车在满足性能的前提下减轻H重；（2）通过结构的小型化促进汽车轻量化，主要通过其主要功能部件在同等使用性能不变的情况下缩小尺寸；（3）采取运动结构方式的变化来达到目的。4材料轻量化4.1铝合金铝的密度大约是钢的1/3,是应用最为广泛的轻质材料。铝合金和钢铁材料相比，具有热导率高、耐腐蚀好、加工性能优良等优点，铝的密度大约是钢的1/3,是应用最为广泛的轻质材料

10、。铝合金和钢铁材料相比，