汽车轻量化评价方法研究
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汽车方面的毕业论文题目:汽车轻量化材料的应用与性能研究摘要随着全球能源危机和环保要求的不断提升,汽车轻量化已成为汽车工业的重要发展方向。
本研究深入探讨了多种轻量化材料在汽车制造中的应用及其性能表现,重点分析了铝合金、镁合金、高强度钢及碳纤维复合材料等主流材料的性能特点、制备工艺及实际应用效果。
研究结果表明,轻量化材料的应用显著降低了汽车整备质量,提高了燃油经济性,并改善了车辆操控性和行驶安全性。
此外,本研究构建了全面的轻量化材料性能评价体系,提出了包括合金化、热处理、表面处理及制备工艺改进等在内的性能优化策略,并通过实验验证了这些策略的有效性。
实验表明,优化后的轻量化材料在强度、韧性及耐腐蚀性等方面均得到了显著提升,为汽车轻量化技术的发展提供了有力支持。
然而,研究也存在一定局限性,如研究范围有限、实验设计需进一步精细化等。
未来研究应关注新兴轻量化材料,加强实验设计的科学性和严谨性,并密切关注行业动态和技术发展趋势,以推动轻量化材料在汽车工业中的创新应用,助力汽车工业可持续发展。
关键词:汽车轻量化材料;性能研究;铝合金;镁合金;碳纤维复合材料;性能优化策略目录摘要 (1)第一章引言 (3)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 研究方法与创新点 (5)第二章汽车轻量化材料概述 (7)2.1 轻量化材料分类 (7)2.2 材料性能特点 (8)2.3 制备工艺与技术 (9)第三章轻量化材料在汽车制造中的应用 (10)3.1 车身结构应用 (10)3.2 引擎与底盘部件应用 (11)3.3 内外饰件应用 (11)第四章轻量化材料性能评价与优化 (13)4.1 材料性能评价体系 (13)4.2 性能优化策略 (13)4.3 优化实验与结果分析 (14)第五章结论与展望 (16)5.1 研究结论 (16)5.2 研究局限性与未来方向 (16)第一章引言1.1 研究背景与意义在全球范围内,能源危机和环境问题日益严重,在此背景下,汽车工业轻量化已成为当务之急。
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计时代汽车 汽车结构的轻量化设计措施分析贾朝贝郑州科技学院 河南省郑州市 450000摘 要: 汽车工业要发展,在目前必须要满足环保要求,汽车轻量化设计可实现节能减排,但轻量化设计不是单纯减重,而是要保证安全性能的前提下去减重,因而如何进行轻量化设计值得探索,本文中重点对此进行了分析讨论,探析了目前市面上主流的轻量化设计方法措施,仅供参考。
关键词:汽车 轻量化设计 方法措施轻量化在当前汽车设计制造产业当中是一个比较主流的方向,与新能源车具有相当的地位,在传统发动机技术发展陷入瓶颈,新能源汽车受限于电池的情况下,轻量化成为了一种非常关键的解决手段,通过轻量化来实现节能减排。
但汽车轻量化,不是单纯减轻汽车的重量,而是在减轻重量的同时提升性能,因此分析讨论如何去进行轻量化设计,具有非常典型的价值意义。
1 轻量化设计概述1.1 轻量化产生背景轻量化设计是目前国内外汽车设计制造技术中的主要发展方向之一,与环保和安全具有同等地位,随着人们环保意识增强,汽车工业要发展,必须要走可持续发展道路,而可持续发展显然必须要实现节约资源、减少消耗,对于汽车工业而言,要达到相关要求,已经得到公认的路径包括提高发动机效率、新能源和轻量化。
汽车的节能环保通常情况下是降低油耗或提高燃油效率,降低或者清洁排放尾气。
在提高发动机效率方面,由于传统发动机不管是柴油机还是汽油机,实际上都已经达到了一个相当高的水准,现阶段主要是通过对发动机进行微量调整并利用汽车电子技术来提高发动机的效率,但效果并不是很理想,仅仅只能说达标。
而新能源汽车在环保上的效果最佳,但是问题在于由于电池的限制,新能源车的发展还需要走很长的一段路,而轻量化技术,在保证汽车安全性的基础上去降低汽车的自重来实现能耗的下降,它可以作为提高发动机能效,甚至是新能源车能效的一种基础技术手段,在当前发动机技术、新能源车技术尚未出现巨大突破之前,轻量化将是节能减排的主流技术手段。
我国汽车轻量化现状及发展趋势发布时间:2021-06-29T11:13:46.213Z 来源:《基层建设》2021年第6期作者:付清洁李新雷[导读] 摘要:本文从我国汽车轻量化技术的现状及当前存在的问题,分析了我国汽车轻量化面临的困境。
山东交通技师学院山东临沂 276000摘要:本文从我国汽车轻量化技术的现状及当前存在的问题,分析了我国汽车轻量化面临的困境。
从轻量化材料发展、轻量化先进工艺技术发展和轻量化结构优化设计技术发展三方面对汽车轻量化技术发展趋势进行了研究,并提出了我国汽车轻量化发展的愿景。
关键词:轻量化节能减排现状趋势当前,能源需求与环境污染的压力日益加大,但汽车在人们的生产生活中所起的作用决定了其不可替代性,因此,如何减少汽车能源消耗与降低排放污染物成为必须面对和解决的主要问题之一。
汽车轻量化是实现汽车节能减排的重要途径,已经成为世界汽车发展的潮流。
汽油乘用车每减重100kg将节油0.39L/100Km,汽车质量每降低10%,可降低油耗6%—8%,排放下降4%。
发展汽车轻量化,是我国节能减排的需要,也是产业结构调整的需要,更是提升我国汽车产品国际竞争力、建设汽车强国的需要。
一、我国汽车轻量化技术现状经过多年发展,我国自主品牌乘用车在轻量化设计、材料和工艺的应用方面都取得了长足的进步,缩小了与合资品牌的差距。
政府、社会、企业和用户对汽车轻量化的认识也在不断加深。
在《中国制造2025》等一些列文件中,都已将支持轻量化材料的发展和应用列入其中,并在国家“十三五”重点研发计划中做出了相应的安排。
但是,由于我们起步较晚,基础较弱,跟国外发达国家的差距仍然不可忽视,汽车产品的轻量化水平仍有较大提升空间,汽车轻量化技术发展环境也需要进一步改善,主要表现在: 1.1对轻量化的认识深度。
现在,经常用车辆的整备质量或某种材料的用量来衡量一个车型的轻量化水平,因此忽略了针对不同市场或不同消费群体车辆的用材策略对产品市场竞争力的影响。
汽车车身轻量化设计方法探究摘要:车身轻量化是实现车辆节能减排的一条重要技术路线,而车体轻量化具有较高的性价比。
本文从设计、材料、工艺三个方面探讨了汽车轻量化的技术途径。
本课题将对该方法进行深入研究,并将其应用于工程实践,最终达到在保证产品性能的前提下减重的目标,提高我国汽车轻量化技术与产品研发能力。
关键词:车身轻量化;节能减排;技术路线;研发能力引言:自从人类步入二十世纪以来,汽车已经成为了最主要的运输工具,它可以让人们在旅途中节省更多的时间,从而可以更快地抵达目的地。
但是,以往因为受到汽车设计、制造水平的制约,汽车通常都很笨重,再加上对燃油消耗的控制不得当,这就造成了极大的资源浪费,同时对环境造成的污染也不容忽视。
而在今后,环保和节能将逐渐成为汽车设计和制造的主要考虑因素,因此,在改变能源使用方式的同时,如何将汽车设计得更轻便也是一个重要的研究方向。
1.汽车车身轻量化设计的基本方法1.1结构优化设计对其进行优化设计的方法有三种,即形态优化,拓扑优化和尺度优化。
从结构拓扑优化的角度来看,设计人员必须对结构的振动特性、静动态特性等特性进行充分的了解,然后再对结构进行拓扑优化。
而拓扑优化最大的特征就是,在进行设计前,利用一定的受力条件和外部条件,可以找到最优的结构材料配置方案,从而获得结构的某些参数,为以后的设计创造条件。
从结构形态优化设计角度来说,形态优化设计的主要目的是寻求最佳的结构形态设计方法,比如,在进行汽车金属薄板外形设计时,可采用优化的肋条布局,提高金属薄板的刚性与强度,同时降低金属薄板的质量。
1.2有限单元分析技术在目前的工程问题分析中,有限单元分析技术是一种行之有效的方法,它主要是利用计算矩阵来对各个步骤进行计算,它可以将所展示的工程问题转换成数学问题来进行分析和求解。
然而,在处理复杂的工程问题时,有限单元分析技术需要设定许多条件,且计算时间比较长,这就对计算机硬件设备以及有限单元分析软件的要求都比较高。
汽车轻量化评价方法研究
摘要:现如今,我国的汽车行业发展迅速,探讨了汽车轻量化的理论基础,在
此基础上分析了国内外提出的轻量化评价及评估方法,这些方法涉及轻量化前后
的整车油耗变化、整车或者总成性能变化以及成本变化等因素。
阐述了各方法提
出的背景和应用范畴,并在汽车燃料消耗的物理意义及逻辑的基础上,结合发动
机燃烧效率、风阻、行驶阻力等,首次提出了轻量化乘用车整车质量设定指标函
数的汽车轻量化评价方法。
提出了建立规范的、行业认可的评价系统的必要性,
以推动节能减排以及行业技术进步。
关键词:汽车;轻量化;评价方法;整备质量;性能
引言
全球汽车行业燃油经济性和排放要求日益严格,高效动力系统、先进发动机、整车小型化和轻量化技术等在近年来得到广泛研究和应用。
轻量化技术的应用成
为现代汽车发展的主要趋势之一。
针对汽车轻量化水平的合理、准确评判对于指
导汽车设计、制定相关法规以及出台国家鼓励政策等具有重要意义。
白车身轻量
化系数作为汽车轻量化的表征参量和评价指标,考虑了车身扭转刚度、车身大小、质量水平,对白车身材料的合理使用、结构优化设计有重要意义,发展成为汽车
行业车身轻量化水平的重要评价方法。
式(1)中,m为车身结构质量;Ct为静
态扭转刚度;A为轮边距与轴距乘积所得投影面积;L为车身轻量化系数。
马鸣
图等学者考虑车辆其他重要性能,扩展了车身轻量化系数的适用范围,同时也尝
试提出考虑性能的整车轻量化指标的表示方法[5,6]。
白车身轻量化系数只针对
车身评价,而白车身仅占整车质量的1/4左右,对整车质量水平评价有限。
若用
整车质量作为汽车轻量化评价指标,将会鼓励汽车小型化,忽略轻量化技术应用。
百千米油耗是更为合理的节能评价方法,但受到的影响因素甚多。
为避免车型大
小对评价方法的影响,在评价指标中增加汽车大小的指标,用轮边距乘以轴距的
投影面积来衡量车型大小。
同时,轻量化会引起安全、noise,vibrationandharshness(NVH)、舒适性以及操作稳定性等一系列问。
白车身轻量
化系数评价方法只考虑白车身扭转刚度指标。
但实际上人们对整车舒适性需求,
使得内外饰、电子电器的比重明显增加,从而大大增加车重;动力性能的提高也
明显增加发动机和动力系统质量。
因此,车的各项性能指标让市场去衡量,只考
虑整车质量水平更合理。
1车身轻量化评价方法
关于车身轻量化设计的评价,目前汽车行业内公认的评价指标是白车身轻量
化系数。
白车身轻量化系数作为汽车轻量化的评价指标,考虑了车身扭转刚度、
车身大小、质量水平,对白车身材料的合理使用、结构优化设计有重要意义。
通
过计算所得的轻量化系数已经成为汽车行业车身轻量化水平的重要指标,可用作
评判不同厂家车型轻量化所处的行业水平。
1.1车身轻量化评价方法
轻量化系数计算公式,如下:其中:—L为轻量化系数;—m为白车身重量(不包含四门两盖及玻璃);—KTG为车身扭转刚度;—A为四轮的正投影面积(即轮距×轴距)。
1.2轻量化系数计算参数
1)白车身重量m白车身性能的好坏,决定了整车的性能优劣。
轻量化系数
主要考核的是单位重量的白车身所实现的车身性能。
2)正投影面积A3)正投影
面积=轮距×轴距,如图1所示。
4)把轴距与轮距之间的正投影面积A来作为分
母的加权项,主要原因如下:—车身弯曲和扭转刚度的激励主要来源于四个车轮;—不同级别车型之间整车尺寸的差异对车身性能的影响。
2轻量化评价概述
2.1车身轻量化系数及车身结构利用系数
车身轻量化系数(LightWeightIndex)是目前被行业接受度较大的一个评价指标。
车身轻量化系数的定义见式,图1为车身轻量化系数中各参数的示意图。
式中,L为车身轻量化系数;m为白车身骨架(不带四门两盖)质量,kg;CT为车
身静态扭转刚度(带挡风玻璃),N•m/(°),包括挡风玻璃和副车架等附件的
油漆车身;A为车身的脚印面积=轴距×前后轮距的平均值,m2。
由于轻量化工程
主要影响的性能之一是车身刚度,因而轻量化评价指数主要考虑白车身质量的降
低以及白车身静态扭转刚度的变化,以期在质量降低的同时,保证车身刚度提高
或者不降低。
由式可知,若减小车身轻量化系数,可以通过提高刚度或降低白车
身的质量来实现。
若车身的质量不降低或降低很少,只需去提高车身的扭转刚度,也会实现降低车身轻量化系数的目的,但显然这不是轻量化的目的,即未能实现
整车质量的真正下降,更主要的是不能实现节能减排。
因此,车身轻量化系数仅
可作为一个参考指标,不是评判一个车型轻量化水平的绝对指标。
同时该评价方
法还有一个问题值得商榷,即不能表征覆盖件的轻量化,如采用更薄的高强度钢
材或者采用铝合金板材制造覆盖件,实现了整车减重的效果,但却不能通过车身
轻量化系数L来表征。
因此有部分整车企业将该公式进行了变更,如式,该公式
被称之为车身结构利用系数。
2.2整车相对面密度
为消除轻量化表征值随轮边距与轴距乘积所得投影面积的变化,可将轻量化
评价按照如下定义的整车相对面密度ΔLm表示:式中,a、b为常数,可根据样
本车型数据进行调整。
无论车型的大小,图1中整车相对面密度ΔLm可直观表示出车型的轻量化水平,ΔLm值接近于零表示车型接近平均轻量化水平,ΔLm值越
小轻量化水平越高。
整车相对面密度ΔLm的表征方法减弱了车型大小对质量的影响,鼓励低配置车型的应用,鼓励轻量化技术的应用。
通过此方法也可分析不同
汽车企业、不同年代汽车质量的规律。
图3不同种类车型的整车相对面密度对比
2.3每千克减重增加的成本
提出的,轻量化评估除了需要考虑汽车综合性能的提升外,成本控制也必须
要在轻量化工程过程中着重考虑。
从减重的观点来看,目前讨论得很多的车身材料,如高强度钢、镁、陶瓷纤维和碳纤维等的应用都需给出可接受的每千克减重
所增加的成本,这也是评估某个具体轻量化工程是否可以实施的关键,其表达公
式可以简化为
式中,分子代表某构件或者总成在轻量化前后的综合成本变化;分母代表某
构件或者总成减重的量,kg。
目前欧美主机厂可接受的每千克减重所增加成本额
度在3~8美元/kg不等。
而目前国内尚处于期望重量降低但成本不增加的阶段。
结语
车身轻量化系数是评价车身轻量化一个重要的参考指标。
随着节能减排的深入,国内外汽车生产厂家对汽车轻量化的重视,大量轻质材料在车身上的应用,
使得车身轻量化系数总体上呈下降趋势,尤其是CBE与国内汽车轻量化车身会议
等组织公布的获奖车型及车身轻量化指标都具有实际的参考价值。
车身轻量化评
价的基础是在保证汽车的被动安全、刚度、噪声、振动和平顺性等性能提高或者不降低的前提下,通过结构优化设计、轻量化材料的应用、材料厚度的减薄及合理的制造工艺等手段来实现的。
不能只减轻车身重量,而不考虑车身的性能,这样的轻量化,无实际意义。
随着节能减排的深入及国家对新能源车扶持力度的加大,以整车作为轻量化研究对象日益受到极大的重视。
将整车性能(包括整备质量、安全性、动力性、经济性、舒适性)纳入轻量化考核指标,也作了有益的探讨。
但建立完善的、统一的、合理的轻量化评价方法及标准还将是轻量化工作努力的方向和目标。
参考文献:
[1]国务院发展研究中心产业经济部,中国汽车工程学会及大众汽车集团(中国).中国汽车产业发展报告(2011版)[M].北京:社会科学文献出版社,2011.
[2]路洪洲,马鸣图,李志刚,等.汽车轻量化技术的应用和效果评估[C]//中国汽车工程学会汽车材料分会第十六届年会论文集,武汉:[s.n.],2008:121-127.。