第四章 车身结构刚度和动力学性能设计

汽车车身结构设计模块刚性和轻量化的平衡汽车车身结构设计一直是汽车制造领域的重要课题之一。

在汽车制造中，车身结构不仅要承载车辆的各种动态和静态荷载，同时还需要具备一定的刚性和轻量化特性。

如何在这两方面进行平衡，是汽车设计工程师们长期面临的挑战。

首先，让我们来看一看车身结构设计中的刚性要求。

汽车在行驶过程中会受到各种来自路面、转向、制动等方面的力的作用，而车身结构的刚性决定了车辆在受到这些外力的时候是否会产生过大的变形或者振动。

因此，一个具有良好刚性的车身结构能够提高汽车的稳定性和操控性，保障乘客的安全。

为了加强车身结构的刚性，汽车设计工程师们通常会使用高强度材料或者通过增加结构件来强化车身的整体刚性。

然而，在追求刚性的同时，轻量化也是汽车设计中一个至关重要的考虑因素。

轻量化不仅能够降低汽车的整体重量，提高燃油经济性，还可以减少对环境的污染。

轻量化设计通常采用了更轻的材料，如铝合金、碳纤维等，以替代传统的钢材结构。

此外，一些先进的制造工艺和设计技术也能够帮助汽车设计师们在轻量化的同时保证车身结构的强度和安全性。

为了实现刚性和轻量化的平衡，汽车设计工程师们需要在设计过程中进行全面综合的考虑。

他们需要根据车辆的使用环境、功能要求、材料特性等因素来确定最佳的车身结构设计方案。

在这个过程中，结构优化和仿真技术是非常重要的工具。

通过结构优化，工程师们可以在不断调整设计方案的过程中找到一个最佳的平衡点。

而通过仿真技术，他们可以对车身结构的性能进行全面的评估，发现潜在的问题并提出改进方案。

此外，汽车制造领域的快速发展也为实现刚性和轻量化的平衡提供了更多的机会。

新材料、新工艺的应用不断推动着汽车设计与制造的技术水平提升。

例如，3D打印技术可以以更加灵活的方式制造出复杂形状的零部件，从而减少材料浪费，提高结构的刚性和轻量化水平。

此外，智能制造技术的应用也为汽车制造业带来了新的发展机遇，可以更加精确地控制材料的使用和工艺的执行，从而实现更加优化的车身结构设计。

车身结构与设计知识点车身结构是指汽车各部件在空间内的布置方式以及各部件之间的连接方式，是汽车设计中的重要一环。

合理的车身结构不仅关系到车辆的安全性能，还与车辆的外观设计、空气动力学性能、乘坐舒适性等方面有着密切的联系。

在本文中，将介绍一些常见的车身结构及与之相关的设计知识点。

一、车身结构类型1.承载式结构承载式结构是指整车的车身作为车辆的主要承载构件，承担起传递车辆各种载荷作用的功能。

这种结构的优点是刚性好、稳定性高，具有较好的操控性和安全性能。

常见的承载式结构包括钢板焊接结构、铝合金焊接结构等。

2.非承载式结构非承载式结构是指车身与底盘分离，底盘负责传递车辆的各种载荷，而车身只起到保护乘员和装饰的作用。

这种结构的优点是重量轻、成本低，但刚性和稳定性稍差，安全性能相对较低。

常见的非承载式结构包括车厢式结构、篷式结构等。

二、车身设计知识点1.材料选择车身的材料选择直接关系到车辆的安全性、重量和成本等方面。

常用的车身材料包括钢铁、铝合金、碳纤维等。

钢铁具有较好的刚性和强度，但重量相对较重；铝合金轻质、抗腐蚀性好，但成本较高；碳纤维重量轻、强度高，但价格昂贵。

2.风阻系数车身的设计还需要考虑车辆的空气动力学性能，其中一个重要参数就是风阻系数。

风阻系数越小，车辆在高速行驶时产生的阻力越小，能够提高车辆的燃油经济性和稳定性。

通过优化车身外形和细节设计，如减小前进气口尺寸、增加风挡角度等措施，可以降低风阻系数。

3.车身强度车身的强度是保障车辆安全性的关键要素。

要使车身具有足够的强度，设计中需考虑到正面碰撞、侧面碰撞、滚翻等不同类型的碰撞情况。

通过增加车身的受力结构、使用高强度材料、合理布置吸能结构等方式，可以提高车身的强度。

4.乘坐舒适性车身设计还要注意乘坐舒适性的问题。

包括减少噪音、减震、优化座椅设计等等。

通过合理布置隔音材料、减少车辆共振、优化悬挂系统设计等方式，可以提高乘坐舒适性。

总结：车身结构与设计知识点是汽车设计过程中需要重点关注的内容。

汽车车身结构的强度与刚度优化汽车的车身结构对于汽车的强度和刚度有着至关重要的作用。

强度和刚度是指汽车车身在受力情况下抵抗外界力量的能力和保持形状稳定度的能力。

为了提高汽车的安全性和乘坐舒适度，汽车制造商在设计和制造过程中注重对车身结构的强度和刚度进行优化。

本文将就汽车车身结构的强度与刚度优化进行探讨。

一、汽车车身的强度优化汽车车身作为汽车的主要承载部件之一，其强度优化是保证汽车在受到碰撞等外部力量时保持结构完整的关键因素。

强度优化主要涉及以下几个方面：1. 材料选择与设计：汽车车身主要采用高强度钢材料，例如高强度钢板和高强度铝合金等，以提高车身的抗拉强度和抗压强度。

同时，结构设计上考虑到不同部位的应力分布情况，合理选择截面形状和连接方式，以增加车身整体的强度。

2. 刚性车身框架：刚性车身框架是汽车车身结构的基础，通过合理设计框架的形状和加强梁的设置，可以提高车身的整体刚度和强度。

此外，采用焊接、胶接等粘接技术可以增加零件之间的接触面积和接触强度，提高整体结构的刚性。

3. 正确的加强部位：在车身结构中，对于承受较大载荷的部位，如前后防撞梁、侧门梁等，在设计中应给予特别加强，以增加这些部位的强度和刚度，保护乘客在碰撞时能够得到更好的保护。

二、汽车车身的刚度优化刚度优化是指汽车车身在受到力量作用时保持形状稳定度的能力。

刚度优化能够提高汽车的操控性能和乘坐舒适度，有利于车辆稳定行驶。

以下是刚度优化的主要方面：1. 车身阻尼控制：通过在车身结构中增加阻尼材料或减振器等装置，可以有效减少车身在行驶过程中的振动和共振现象，提高车身的刚度。

这样可以有效降低噪音和震动，提高乘坐舒适度。

2. 车身加强件设置：在车身结构中适当设置加强件，如抗扭转梁、加强筋等，可以增加车身整体的刚度。

这样有利于提高车辆的操控性能，并降低车身变形的可能性。

3. 材料选择与设计：合理选择材料和结构设计，以提高车身的刚度。

比如，在车身设计中采用单体式设计，将车身各部分有机地组合在一起，可以增加车身的整体刚度。

第4章万向传动轴设计教学提示：万向节传动用于不同轴线的两轴间或在工作过程中相对位置不断变化的两轴间的动力传递。

本章主要讲解万向节的分类、工作原理，万向传动的运动和受力分析、万向节设计、传动轴结构分析与设计等基本内容，还介绍了万向传动轴的设计实例。

教学要求：了解等速万向节、准等速万向节和不等速万向节的结构方案，传动轴的中间支承结构，熟练掌握十字轴万向节的设计计算、传动轴的设计计算。

通过设计实例深入理解和掌握万向传动轴的设计过程。

4.1 概述汽车上的万向传动轴，由万向节、轴管及其伸缩花键等组成。

在工作过程中，在汽车上有些轴之间的相对位置不断发生变化，例如，变速器输出轴和驱动桥输入轴之间。

为解决这些轴之间的动力传动问题，就需要使用万向传动装置。

对于长轴距的汽车，还需要加装中间支承。

万向传动装置的布置方案如下：(1) 驱动桥与变速器之间距离不大时，常采用两个万向节和一根传动轴的结构。

(2) 当驱动桥与变速器相距较远时，常将传动轴断开成两根(或三根)，万向节用三个(或四个)，如图4.1(a)所示。

此时，必须在中间传动轴上加设中间支承。

缩短传动轴长度的目的主要是提高传动轴的临界转速，以免工作时发生共振。

(3) 越野车的万向传动装置(不包括转向驱动桥上的等角速万向节)如图4.1(b)所示。

万向节所连两轴之间的夹角范围：一般货车≤15°～20°；4×4越野车≤30°。

(4) 转向驱动桥常采用球叉式和球笼式等速万向节，如图4.1(c)所示，其最大夹角(相应为车轮最大转角)可达30°～42°。

(5) 后驱动桥为独立悬架结构时，也必须采用万向节传动，如图4.1(d)所示。

(6) 变速器与离合器(或分动器)不直接相连时，它们之间也需要采用万向节传动，如图4.1(b)所示。

这是为了避免因安装不准确和车架变形在传动机构中引起附加载荷。

此时多采用普通十字轴万向节或柔性万向节，其工作转角范围一般不大于2°～3°。

汽车车身结构与设计 第一章:车身概论 1(车身包括:白车身和附件 白车身通常系指已经焊装好但尚未喷漆的白皮车身，此处主要用来表示车身结构和覆盖件的焊接总成，此外尚包括前、后板制件与车门，但不包括车身附属设备及装饰等。

2(按承载形式之不同，可将车身分为非承载、半承载式和承载式三大类。 非承载车身的优点:?除了轮胎与悬架系统对整车的缓冲吸振作用外，挠性橡胶垫还可以起到辅助缓冲、适当吸收车架的扭转变形和降低噪声的作用，既延长了车身的使用寿命，又提高了舒适性。?底盘和车身可以分开装配，然后总装在一起，这样既可简化装配工艺，又便于组织专业化协作。?由于车架作为整车的基础，这样便于汽车上各总成和部件安装，同时也易于更改车型和改装成其他用途车辆，货车和专用车以及非专业厂生产的大客车之所以保留有车架，其主要原 因也基于此。?发生碰撞事故时，车架对车身起到一定的保护作用。 非承载车身的缺点:?由于计算设计时不考虑车身承载，故必须保证车架有足够的强度和刚度，从而导致自重增加。?由于车身和底盘之间装有车架，使整车高度增加。?车架是汽车上最大而且质量最大的零件，所以必须具备有大型的压床以及焊接、工夹具和检验等一系列较复杂昂贵的制造设备。 3(承载式车身分为基础承载式和整体承载式。 基础承载式特点:?该结构由截面尺寸相近的冷钢杆件所组成，易于建立较符合的有限元计算模型，从而可以提高计算精度。?容许设法改变杆件的数量和位置，有利于调整杆件中的应力，从而达到等强度的目的。?作为基础承载的格栅底架具有较大的抗扭刚性，可以保证安装在其上的各总成的相对位置关系及其正常工作。?提高材料利用率，简化构件的成型过程，节省部分冲压设备，同时也便于大客车的改型和系列化，为多品种创造了条件。 4(“三化”指的是产品系列化、零部件通用化以及零件设计标准化。 第二章:车身设计方法

1(概念设计:包括技术任务书的全部内容和一个批准的三维模型。概念设计是多部门(包括设计、研究、工艺等部门以及销售部门的市场预测)同时来进行的，此种做法也被称之为“同时工程” 2(工程设计:新车设计，车身设计所需周期最长。国外车身没计系以三维模型为基础，在整车总布置配合下，首先进行1:1内部模型和外部模型的设计和实物制作，与传统做法是相类似的，稍有不同之处在于国内系从小比例的三维模型开始。车身试验(包括强度试验、风洞试验、振动噪声试软和撞车试验等。 第三章:车身总布置设计 1(轿车车身布置:轿车车身的布置在很大程度上受底盘布置形式的限制。 2(地板凸包和传动轴布置:为了保证车身地板凸包的高度最小以及后座凸包上的坐垫有足够的厚度，通常采用在垂直平面内将传动轴布置成U型方案，这样可以降低传动轴的轴线，同时又能保证动力总成的外廓不致减小离地间隙，而且万向节叉轴线之间的夹角也不至于超过允许值。凸包与传动轴之间最小间隙一般可取10~15mm 3(为了减小地板平面应采取的措施:?减小车架纵梁高度?后桥上面的一段纵梁做成向上弯的形状?后桥采用双曲面齿轮传动以降低传动轴等。 4(车身内部布置:轿车送客，其车身内部布置应该考虑人的因素，既要保证安全性又要保证舒适性;除某些专用车辆以外，一般车辆内部均可按成年人的人体尺寸来考虑。 5(车身横截面布置:轿车车身的横截面是由车门和顶盖的外形来形成的，其轮廓尺寸可按驾驶员和乘客位置上的尺寸数据来着手设计。(车身内部主要的轮廓点取决于驾驶员头部和顶盖之间、肩部和玻璃之间、肘部与车门内表面之间的间隙;车身外表面上各点则决定于顶盖的厚度、玻璃下降的轨迹、门锁和玻璃升降的尺寸等) 6.货车车身系由驾驶室和货箱两部分组成，驾驶室位于发动机之后的长头式，驾驶室部分地位于发动机之上的短头式，驾驶室全部位于发动机之上的平头式，驾驶室偏置一侧的偏置式。 第四章:人体工程学在车身设计中的应用 1(H点:人体身躯与大腿的交接点，既胯点。 2(汽车驾驶员眼椭圆:驾驶人员以正常驾驶姿势坐在座椅中时其眼 睛位置在车身中的统计分布图形，由于这种图形呈椭圆状，故称为眼椭圆。 第五章:汽车造型设计 1.汽车造型设计:汽车车身总布置基本确定后进一步使汽车获得具体形状和艺术面貌的过程，它包括外形设计和室内造型设计。是运用艺术的手法科学地表现汽车的功能、材料、工艺和结构特点。 2(汽车造型设计要求:?使汽车具有完美的艺术形象(具有时代和社会特色)?使汽车具有良好的空气动力性能?使汽车车身具有良好的工艺性?应保证汽车良好的适用性?考虑材料的装饰效果。 3(汽车造型设计的程序: 造型构成三因素:形体构成，线形构成，装饰和色彩构成?形体构成:汽车基本形状和整体分块，取决于汽车和车身总布置?线形构成:汽车外形覆盖件的形状(曲线形状)?装饰和色彩构成:保险杠、灯具、标志等造型设计与布置、车身的色彩设计。 第六章:汽车的空气动力性能 1.空气阻力:与汽车运动方向相反的气动力。?形状阻力?摩擦阻力?诱导阻力?干扰阻力?内部阻力 2.分离点: 3(改善汽车空气动力性的措施:?汽车外形设计的局部优化(车头部棱角圆化、前风窗立柱及流水槽形状、车身后部形状、表面光洁程度)?采用各种气动附加装置(前部扰流器、后扰流器、导流罩、隔离装置)?外形设计的整体优化 第八章:车体结构分析 1，图8-2(P161) 2(骨架结构的应力集中:受力杆件的截面发生突变时，就会由于刚度突变引起截面变化应力集中(在经常承受交变应力的汽车车身上，应力集中可能诱发进展性裂缝，导致疲劳损坏) 3(提高板壳零件的刚度:?曲面和棱线等的造型，及拉延成型过程零件材料的冷作硬化，对提高刚度极为有利，平直的零件造型是不可取的。?内覆盖件和不显露的外覆盖件设计加强肋?大客车车身蒙皮受有张拉应力，垂直面的刚度得以提高。 4(车身分块原则:?考虑钢板材料的尺寸规格?考虑拉延工艺性? 对制造精度的影响?考虑易损件 5(分块拉延工艺性:?考虑拉延方向，保证凸模进入凹模的可能性?分块应使零件的形状尽量简单匀称，以便在拉延过程中得到大致相同的变形量，使应力均匀?覆盖件拉延深度要恰当，争取一次拉延成型。?对于具有反拉延的覆盖件，其拉延深度可通过计算和实验获得?汽车车身内部覆盖件成型出各种鼓包，以便用螺钉固定各种部件。? 6.车体耐腐蚀性方法:改善抗腐蚀性措施?改进车身结构;?采用各种保护膜。防腐措施?设计成一排水，易干燥结构?检查并确定易腐蚀部位并采取措施 7.车内噪声产生机理:?气体震动产生空气噪声，包括发动机及其附件工作噪声、排气噪声、传动系噪声、轮胎悬架行走噪声、周围环境噪声、噪声;?机械噪声，有固体震动产生;?空腔共鸣。 8车内噪声控制:?隔声;?吸声:用多空吸声材料、开孔壁吸声材料;?衰减处理

车身结构优化设计与仿真分析第一章：绪论汽车行业发展迅猛，汽车成为人们敞开心扉的必需品之一。

汽车车身结构优化设计与仿真分析，是当前汽车行业的一个热门研究方向。

车身结构优化设计和仿真分析可以降低整车开发的成本和时间。

针对此，本文将深入探讨车身结构优化设计与仿真分析的研究进展。

第二章：车身结构设计2.1 车身结构组成车身结构主要由车门、车顶、车底、车前端和车尾部分组成。

2.2 车身结构材料车身结构材料有钢、铝合金、碳纤维等。

不同材料具有不同的密度、强度和刚度。

此外，不同材料的冲压成形难易程度也有所差异。

2.3 车身结构设计方法在车身结构设计中，有效的设计方法可以提高车身结构的强度和刚度。

常用的车身结构设计方法有拓扑优化、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、三维模型及产品生命周期管理（PLM）等。

第三章：车身结构优化3.1 车身结构优化的意义车身结构优化是为提高车身结构的强度、刚度和轻量化而进行的。

对于汽车制造厂商，降低汽车的重量可以降低油耗和排放，达到环保的目的；并且轻量化的车身结构，还能提高汽车的安全性能。

3.2 车身结构优化方法车身结构优化主要分为参数优化、材料优化、构件优化等。

其中，参数优化指的是对车身结构的尺寸、形状、壁厚等参数进行优化；材料优化指的是对车身结构中使用的材料进行优化；构件优化指的是对车身结构的每一个组成部分进行优化。

这些优化方法可以针对不同的优化目标和优化需求进行综合优化。

第四章：仿真分析4.1 仿真分析的意义仿真分析是在车身结构设计、优化的过程中不可或缺的环节之一。

通过仿真分析，可以模拟不同行驶条件下汽车的运行情况，包括车身结构的受力状态和振动情况。

对于汽车设计师来说，仿真分析可以帮助他们预测汽车设计的可靠性，并为车身结构的优化提供指导意见。

4.2 仿真分析方法常用的仿真分析方法有有限元分析（FEA）、计算流体动力学（CFD）、结构优化方法等。

有限元分析可以模拟车身结构的受力情况；计算流体动力学可以模拟车身周围的空气流动情况；结构优化方法则可以为车身结构的优化提供指导意见。

车架设计简介车架是整个车辆的支撑结构，承载着车辆的重量以及各种力的作用。

一个合理设计的车架能够提供足够的刚性和强度，以确保车辆在各种环境下的平稳行驶和安全性。

本文将介绍车架设计的基本原理、常见的设计要素以及一些优秀的车架设计案例。

基本原理刚性和强度车架的刚性和强度是车架设计的两个最基本的要求。

刚性指的是车架在受力作用下不易变形的能力，而强度则是车架抵抗扭曲和断裂的能力。

一个刚性和强度兼顾的车架设计能够提供稳定的操控性和安全性。

材料选择车架的材料选择直接影响到车架的刚性和强度。

常用的车架材料包括铝合金、碳纤维和钢等。

铝合金车架具有良好的刚性和强度，并且相对较轻，适合一般用途的车辆。

碳纤维车架具有更高的强度和刚度，但也更加昂贵。

钢材车架则具有较高的耐久性和吸震性能。

结构设计车架的结构设计是保证刚性和强度的关键。

常见的车架结构包括平行四边形结构、三角形结构和梯形结构等。

这些结构能够有效地分散受力并提高整体刚性。

另外，还可以通过使用增加支撑杆和加强筋等加强点来进一步提高车架的强度。

设计要素几何形状车架的几何形状直接影响了车辆的外观和性能。

常见的几何形状包括三角形、梯形和曲线等。

三角形结构常被认为是最稳定的结构，具有良好的刚性和强度。

梯形结构则可同时提供强度和舒适性。

曲线形状的车架则更注重外观设计和空气动力学性能。

重量和刚性比重量和刚性之间的平衡是车架设计的重要考虑因素。

过重的车架会增加车辆的油耗和操控难度，而过轻的车架则会牺牲刚性和强度。

设计者需要根据车辆的用途和预期性能选择合适的重量和刚性比。

在某些高性能车辆中，为了追求更高的刚性和强度，会使用更轻的材料来减少整体重量。

吸震性能车架的设计也应该关注车辆的吸震性能。

好的吸震性能能够提供更舒适的乘坐体验，并减少对驾驶员和乘客的不适和疲劳。

一些现代车架设计中使用了可调节的悬挂系统和吸震器来提高吸震性能。

优秀设计案例Porsche 911Porsche 911是一款著名的高性能跑车，其车架设计被广泛认为是行业标杆。

车身刚度优化设计
车身刚度优化设计
张立强
【摘要】现代轿车大多采用承载式车身，其车身几乎承担了所有的扭转和弯曲载荷，车身刚度对于整车的结构耐久，操稳性和NVH性能非常重要。

如果车身刚度不足，还会引起车身的门框、前风窗、发动机罩和后背门等开口位置的变形过大，影响零件的装配。

车身的刚度主要包括弯曲刚度和扭转刚度，提高车身的刚度需要兼顾刚度与质量之间的平衡。

【期刊名称】机电产品开发与创新
【年(卷),期】2018(031)006
【总页数】3
【关键词】弯曲刚度；扭转刚度；结构耐久；NVH
修稿日期：2018-07-11
0 引言
近年来，随着空气污染越来越严重，PM2.5越来越高，环境保护意识逐渐增强，国家出台一系列政策鼓励发展新能源汽车，新能源的开发越来越多。

相对于传统燃油车型，电动车因为动力电池的布置要求，改变了传统车型车身的梁架结构，使得车身的刚度低于基础燃油车的水平，车身的刚度是汽车性能的关键指标，需要对车身进行优化保证刚度达到目标值的要求。

1 车身刚度的计算方法
1.1 车身的弯曲刚度计算方法
用车身在铅锤载荷下产生的挠度大小来描述，通过固定车身的前后悬的安装位置，然后在车身的H点位置加载铅锤载荷，计算车身边梁位置的变形量，车身。