汽车结构轻量化设计方法综述

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1、汽车结构轻量化设计方法综述　　摘要：随着科学技术的发展，汽车技术也日新月异。作为汽车结构设计的发展方向——汽车结构轻量化技术也随之迅速发展。文章从新研发的轻量化材料以及采用新技术、新工艺等方面综述了汽车结构轻量化的设计方法。关键词：汽车结构；轻量化设计；汽车材料中图分类号：U462文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）21-0018-021汽车结构轻量化设计的提出目前，国内外汽车技术的发展主要有以下三个方面的趋势：一是轻量化；二是环保；三是安全。现在，人们已经渐渐认识到，想要让汽车工业长久

2、发展下去，就要走可持续发展之路。可持续发展之路一个很明显的要求就是要节约资源，减少消耗。针对汽车工业，为了达到这样的要求，就必须采取提高发动机的效率、改善传动机构或者降低车身重量等方法。其中降低车体重量的一个重要方法就是汽车结构的轻量化设计，其可以显著减轻汽车的重量。在现实生活中，无论是普通的柴油汽油汽车、电驱动汽车还是燃气驱动汽车，车身机构轻量化都有极为重要的意义。汽车行业一直在追求舒适、安全、快速，而为了达到这一目标，汽车轻量化是最佳途径之一。82汽车材料的轻量化2.1高强度钢在汽车结构轻量化设计中的

3、应用8在汽车结构中，使用最多的材料就是钢。因此，利用高强度钢来减少汽车结构中钢的使用，对于汽车结构的轻量化设计有重要意义。一般来说，钢的强化途径主要有以下五种：一是加碳强化。由于钢中含碳的百分比不同其刚度也不同，因此想要得到高强度钢就需要控制钢中碳的含量。为此，必须适当增加钢中珠光体的含量，降低铁素体的含量；二是合金强化，在钢中添加合金元素可以大大增加钢的强度，而且不同的合金元素能够使钢所具有的性能也不同，能够大大扩大钢的适用范围；三是固溶强化，即在钢中添加磷、硅或者锰等元素来加强钢的强度的方法；四是热处

4、理强化。一般来说，钢在经过一定顺序的冷热交替处理之后，其金相组织的结构会发生变化，从而使钢的强度增加。另外，热处理还可以使钢内碳等元素的含量发生变化，从而可以使钢内部形成一层一层地具有不同性质的结构；五是应力强化，钢在受到一定限度内的拉力之后，其屈服强度可能会提高。因为钢在受到一定限度内的应力后表面会存在残余应力，这种应力可以抵消钢在今后使用中受到的弯曲应力、扭转应力等。高强度钢主要是用于制造汽车的外壳和结构件，其优点是经济性好、强度较大；但是其缺点也比较明显，就是耐腐蚀性差。由于铝合金、镁合金等新型材料

5、具有各自不同的使用限制，高强度钢依旧在很长一段时间将是汽车的主要制造材料。2.2球墨铸铁在汽车结构轻量化设计中的应用球墨铸铁在同体积下的重量约为钢的百分之九十，因此，在汽车结构中使用球墨铸铁代替钢可以显著降低车体的重量。现在世界各国的汽车研发机构和生产商都在尝试在汽车结构中使用球墨铸铁来代替钢。另外，球墨铸铁由于其独特的性质，可以将多个零件集成为一个零件。2.3铝及铝合金在汽车结构轻量化设计中的应用合理使用铝来代替钢是有可能减少汽车结构的重量的，但是铝的强度和杨氏模量都比钢要低，因此使用起来相对比较困难的

6、。为了能使铝在汽车结构中代替钢，人们正在进行新的汽车铝材研发，主要的研发集中在三个方面：一是整个车身或者大型铝材的研发；二是车门等汽车刚性结构的全铝化；三是汽车部分零件的全铝化。在理想情况下，汽车零件中使用铝代替钢可以使汽车的零件减重30%～50%，而汽车结构全铝化可以使整个汽车减重30%～40%。从经济方面来考虑，如果汽车全铝化实现60%以上时，这样的方案是可取的。当然，使用铝作为汽车的主要材料目前还有很多不成熟的地方，比如铝的抗承载能力相对较弱、铝的加工难度相对较大等，这都是未来汽车行业需要解决的问题

7、。总之，未来汽车结构中铝代替钢是一种必然的趋势。2.4镁及镁合金在汽车结构轻量化设计中的应用8镁的密度比较小，是目前最轻的金属结构，但是其强度比钢要大，且机加工性能好，耐腐蚀性强，其减振性等也远远高于铝合金，毫无疑问，集各种优良属性于一体的镁是汽车结构轻量化材料最好的选择之一。另外，镁合金的低密度、低熔点等的特点使其具有熔化耗能少、充型变速快等优点，非常适合被应用于复杂加工成型。因此，在汽车机构轻量化的设计过程中，选择镁合金代替钢、铝合金等材料不仅可以进一步降低车体的重量，还可以在保持车体强度的基础上具有

8、更多的优良特性。而且镁合金还有一个非常优良的特性，就是容易回收利用。目前，美国一些著名汽车公司——通用等都在尝试在汽车结构中更多地加入镁合金。在全球都看好镁及镁合金将在汽车行业中被广泛应用的大前提下，相信在不久的将来，镁及镁合金或许将成为重要的汽车制造材料。2.5钛合金在汽车结构轻量化设计中的应用8钛作为一种稀有金属，其熔点有1600多℃，可以作为耐热材料。并且钛具有良好的机械性质和耐腐蚀性，其强度也是常用工程材料中最高的。利