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汽车车身结构的轻量化材料研究随着环保理念的推广和汽车制造技术的不断发展，轻量化成为了汽车行业的重要发展方向。
汽车车身结构作为汽车重要的组成部分，其轻量化研究具有重要的意义。
本文将从轻量化材料的研究和车身结构的设计两个方面来探讨汽车车身结构的轻量化材料研究。
一、轻量化材料的研究1. 铝合金铝合金是一种重要的轻量化材料，在汽车制造中有广泛的应用。
由于铝合金的密度相对较小，因此可以在不影响安全性能的前提下减轻车身重量。
另外，铝合金具有良好的强度和刚性，可以提高汽车的整体刚度，提升操控性能。
目前，许多汽车制造商都在应用铝合金材料来制造车身。
2. 高强度钢钢材是传统汽车制造中常用的材料，但传统的钢材密度较大，不利于轻量化。
为了满足轻量化的需求，研究人员开发了高强度钢材。
高强度钢材在保证强度和刚性的同时，相对密度较小，能够有效地减轻汽车车身的重量。
高强度钢材具有良好的成形性，可以满足车身多样化的设计需求。
3. 碳纤维复合材料碳纤维复合材料是目前汽车轻量化材料研究中的热点。
碳纤维具有重量轻、强度高、刚性好等特点，可以满足汽车制造中对材料强度和刚性的要求。
利用碳纤维复合材料可以实现汽车车身的重量减轻，并且具有良好的耐久性和抗腐蚀性能。
然而，碳纤维复合材料的成本较高，目前仍处于研究和应用初期。
二、车身结构的设计1. 结构优化为了实现汽车车身的轻量化，需要进行结构优化设计。
通过对车身结构进行仿真分析和优化设计，可以最大程度地减少材料的使用量，提高车身的结构强度和刚性。
结构优化设计的关键是在不影响安全性能的前提下，尽可能减轻车身的重量，提高车辆的燃油经济性。
2. 多材料组合将不同的材料进行合理的组合，可以实现汽车车身的轻量化。
通过在合适的位置选择合适的材料，可以兼顾安全性和轻量化的需求。
例如，在车身的关键结构部位使用高强度钢材料，而在非关键结构部位使用轻量化材料，可以最大限度地实现车身的轻量化。
3. 全车轻量化设计汽车的轻量化不仅仅局限于车身部分，还需要在整车层面进行综合考虑。
图1㊀车架截面参数longjunhua@㊂Automobile Parts 2021.020852021.02 Automobile Parts086图2㊀车架受力简化示意T 2处力矩平衡原理,计算出支反力T 1T 1=[F 1k (k /2-n )+F 2w (m -w /2-v )]/m (2式中:T 1为前桥中心处对车架的支反力,N ;T 2为中后桥中心处对车架的支反力,N ;F 1为底盘簧上质量在车架上的均布载荷,N /m ;F 2为装在车架上的分布载荷,N /m ;y 为上装质心位置,m ㊂根据平衡方程,得出L 处的截面弯矩和剪力分别为:M =F 1(L +s )2/2+F 2(L -v )2/2-F 1L(3Q =F 1(L +s )+F 2(L -v )-T 1(4当剪力Q =0时,M 出现极值M 0;当支反力R 1㊁R 处M 亦出现拐点M 1,M 2㊂最大弯矩M max 取三者之间的最大值,考虑实际使用条件和安全系数,最大弯矩M max 取2倍静载荷条件㊂故单根纵梁断面的最大弯曲应力为:δmax =2M maxW XɤσS (5式中:σS 为材料的屈服强度㊂根据式(1)和式(5)来初步确定车架的截面尺寸㊂2㊀车架有限元模型的建立根据上述确定的车架截面利用Catia 软件进行车架总体设计,完成设计后通过有限元仿真软件Hyperworks 进行车架总体强度分析㊂图3㊀车架有限元模型3㊀车架强度分析结果3.1㊀载荷与边界重卡牵引车车架在行驶过程中主要承受4种工况,分别是弯曲工况㊁转向工况㊁制动工况㊁扭转工况,这4种工况施加载荷见表1,边界条件见表2㊂表1㊀4种工况下载荷情况㊀弯曲工况/g转向工况/g制动工况/g扭转工况/gx 00-0.70y0-0.200z-2.5-1-1-1注:x 表示前进方向,y 表示转弯方向,z 表示垂直地面方向㊂Automobile Parts 2021.02087图4㊀弯曲工况车架应力云图图5㊀转向工况车架应力云图图6㊀制动工况车架应力云图图7㊀扭转工况车架应力云图4种工况下最大应力见表3㊂表3㊀4种工况下最大应力㊀弯曲工况转向工况制动工况扭转工况最大应力/MPa 344.8324.7285310最大应力位置第二横梁附近,油箱连接处第二横梁附近,油箱连接处第二横梁附近,油箱连接处第四横梁附近,悬置安装处由表3可知,车架纵梁和横梁材料为B510L ,材料的屈服强度355MPa [1],以上4种工况最大应力334.8MPa ,小于材料的屈服强度,满足强度评判要求㊂4 轻量化设计根据应力云图,对车架受力不大的地方进行轻量化设计㊂具体措施为:将第三横梁处下连接板厚度10mm 改为8mm ,纵梁上连接板厚度8mm 改为6mm ,左右位置各两次,如图8所示㊂2021.02 Automobile Parts088图8㊀车架轻量化位置车架减重后应力云图如图9 图12所示㊂图9㊀减重后弯曲工况车架应力云图图10㊀减重后转向工况车架应力云图图11㊀减重后制动工况车架应力云图图12㊀减重后扭转工况车架应力云图可以看出,车架减重后与减重前4种工况下,车架承受的最大应力相当,满足强度要求㊂车架共减轻15.4kg ,4种工况下最大应力见表4㊂表4㊀4种工况下最大应力kg㊀原质量改后质量共减重横梁下连接板7.9ˑ2 6.3ˑ2纵梁上连接板24.4ˑ218.3ˑ215.4结论文中首先通过理论公式对车架纵梁截面进行选择按此截面设计完成车架总成后,通过有限元仿真分析对车架总成进行实际道路上各种工况下的强度分析㊂根据应力结果,提出了横梁和纵梁连接板的减轻方案,结果显示,减重后和减重前应力相当,满足强度要求㊂通过对车架的有限元分析,前期设计之初可以大大缩短时间,提高产品准确率㊂参考文献:[1]邓祖平,王良模,彭曙兮,等.基于HyperWorks 的某轻型卡车车架有限元分析及结构改进[J].机械设计与制造,2012(5):84-86.DENG Z P,WANG L M,PENG S X,et al.Finite element analysis and structure improvement on a light-duty truck frame based on hy-per works[J].Machinery Design &Manufacture,2012(5):84-86.[2]黄黎,段智方,庞建中.重型半挂牵引车车架结构的有限元分析[C]//第三届中国CAE 工程分析技术年会论文集,2007.[3]张建,戚永爱,唐文献,等.基于有限元法的某卡车车架优化设计[J].机械设计与制造,2012(5):48-50.ZHANG J,QI Y A,TANG W X,et al.Optimal design of some truck frame based on FEA [J].Machinery Design &Manufacture,2012(5):48-50.[4]景俊鸿,邵刚.中㊁重卡车架轻量化设计[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2009,32(Z1):14-17.JING J H,SHAO G.Lightweight design of the middle and heavy truck s frame[J].Journal of Hefei University of Technology(Natural Science Edition),2009,32(Z1):14-17.。
车身结构轻量化的研究与应用第一章：引言随着汽车行业的迅速发展和全球能源危机的严重，汽车轻量化成为汽车制造业最重要的发展趋势之一。
车身结构轻量化可以减少车辆的总质量，提高燃油经济性，降低废气排放，同时还可以提高车辆的性能和安全性。
因此，汽车轻量化已成为汽车制造业的一个热门话题。
第二章：车身结构轻量化的形式车身结构轻量化存在多种形式。
其中，最为常见的包括钢材的应用、高强度钢的应用、铝材的应用、碳纤维复合材料的应用、镁合金的应用等。
这些不同的车身结构轻量化方式，各有其优缺点，需要根据车辆具体使用情况和设计要求进行综合考虑。
2.1 钢材的应用钢材是汽车制造中最常见的原材料之一，主要由低碳钢、中碳钢、高强度钢、耐磨钢和不锈钢等组成。
由于钢材具有高强度、耐磨、抗腐蚀等优点，因此在车身结构中得到广泛应用。
目前，一些轻型汽车已采用高强度钢制造，以达到轻量化的目的。
2.2 高强度钢的应用高强度钢在车身结构轻量化中作为一种重要的材料，可以用来代替传统的低碳钢。
高强度钢的强度、韧性和抗冲击性在汽车碰撞测试中具有超强的表现，可以大大提高车辆对撞击和侧翻等事故的安全性。
2.3 铝材的应用铝材是一种轻质、高强度、抗腐蚀的材料，可以用来替代一些重量较大的钢材。
铝材的优点在于其相对较轻的重量，可以减少车辆的自重，并提高车辆的燃油经济性，但是铝材的成本较高，应用范围受到限制。
2.4 碳纤维复合材料的应用碳纤维复合材料具有高强度、高刚性、低密度等优点，因此在汽车制造中被广泛应用。
相对于钢材和铝材，碳纤维复合材料更轻、更坚固，并且可以大大改善车辆的悬挂和刹车系统的性能。
但是，由于其成本较高，目前碳纤维复合材料的应用范围较窄。
2.5 镁合金的应用镁合金具有强度高、比重轻、塑性好、耐腐蚀性好等优点，较适宜应用于车身结构中。
镁合金的应用可以大大减轻车身的重量，提高车辆的燃油经济性。
与此同时，由于镁合金在加工过程中易于开裂等缺陷，需要进一步改进。
基于有限元法的车架轻量化设计和仿真分析有限元法在车架轻量化设计和仿真分析中是一种常用的工具。
该方法基于数学模型，将结构划分成一系列小的单元，通过计算每个单元的应力、变形等物理量，反推得到整个结构的力学性能。
在车架轻量化方面，有限元法可以帮助我们快速地找到轻量化的设计方案，并通过仿真分析验证其性能，从而提高车架的安全性和可靠性。
首先，在轻量化设计中，我们需要寻找轻量化的潜在方案。
有限元法可以帮助我们划分车架结构，并计算不同部件的受力情况。
通过对受力情况的分析，我们可以找到那些不必要的部件或重量过剩的区域，从而进行删减。
例如，我们可以尝试使用高强度材料或降低材料使用量等方式来达到轻量化的目的。
其次，在设计轻量化方案后，需要通过仿真分析来验证其性能。
在有限元法中，我们可以将车架结构的物理特性输入到数学模型中，并通过计算得出其应力分布、变形情况等。
通过这种方式，我们可以在实际试验之前，快速地评估轻量化方案的性能，并进行修改和优化。
最后，有限元法还可以帮助我们改进设计方案，以进一步提高车架的性能。
例如，在仿真分析中，我们可以调整材料的类型和厚度，以达到更好的性能。
我们还可以通过优化部件的形状和尺寸，来减少结构的应力集中和变形等问题。
总之，有限元法在车架轻量化设计和仿真分析中是一种非常有效的工具。
通过使用该方法，我们可以快速地找到轻量化方案，并通过性能仿真进行验证和优化，最终提高车架的安全性和可靠性。
为了能更清楚地了解车架轻量化设计和仿真分析的数据，我们可以以一辆小型轿车为例，尝试列出相关数据并进行分析。
首先，我们需要了解该汽车原始的车架结构的总重量、尺寸和材料类型及数量等情况。
假设该汽车的车架总重量为1000千克，尺寸为4000毫米长、1500毫米宽和1500毫米高，使用的材料为钢材和铝材，其中钢材使用量为80%。
我们可以看到，该车架的重量相对较高，需要进行轻量化设计。
接下来，我们可以通过有限元法对该车架进行轻量化设计。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910117880.3(22)申请日 2019.02.15(71)申请人 江苏大学地址 212013 江苏省镇江市学府路301号(72)发明人 唐斌 林子晏 江浩斌 尹玥 俞越 茆浪 曹冬 黄映秋 尹晨辉 张迪 (51)Int.Cl.G06F 17/50(2006.01)(54)发明名称一种方程式赛车车架轻量化设计方法(57)摘要本发明属于赛车轻量化设计技术领域，具体涉及一种方程式赛车车架轻量化设计方法，包括：确定车架参数；利用人机参数、整车参数结合大赛规则搭建车架主体模型模型；对车架主体模型进行拓扑优化，得到目标刚度下质量最小杆件分布图；利用拓扑分析结果进行车架尺寸分析；对车架模型数据质量和综合扭转刚度值进行评价,选出最优车架模型，完成轻量化设计。
本发明解决了当前方程式赛车车架轻量化设计没有明确评价指标的问题，有效的提高了车架轻量化设计的合理性和规范性，大大提高了设计效率，缩短了设计周期，使车架满足整车性能要求。
权利要求书4页 说明书8页 附图1页CN 109977461 A 2019.07.05C N 109977461A1.一种方程式赛车车架轻量化设计方法，其特征在于包括以下步骤：1)确定车架参数，所述车架参数包括人机参数和整车参数，其中，人机参数包括主环前环之间的距离d 1、主环高度h 1、前环高度h 2、制动油门踏板距主环的距离d 2、制动油门踏板倾斜角度γ、方向盘中心点高度h 3及距主环距离d 2、座舱宽度l 1，整车参数包括整车轴距L、轮距L s 和前后载荷比；2)利用人机参数、整车参数结合大赛规则搭建车架主体模型；3)对车架主体模型进行拓扑优化，得到目标刚度下质量最小杆件分布图；4)在车架主体模型的基础上，以目标刚度下质量最小杆件分布图为指导，增加结构杆件并进行车架尺寸分析，根据筛选条件得到车架模型数据质量m i 和综合扭转刚度K i ；5)对车架模型数据质量m i 和综合扭转刚度K i 进行评价，选出最优车架模型。
技术创新31大学生方程式赛车车架设tt与优化◊常熟理工学院汽车工程学院冯弊张萌罗仕豪李彤王巍许晓怡对于大学生方程式赛车而言，赛车最终成绩评定的各项性能要求中，主要涉及重量和结构。
车架重量影响燃油经济性与动力性，结构影响其强度、可靠性及人机工程配合度，因此需要对方程式车架进行设计及优化。
随着有限元分析法的普及和计算机技术的迅猛发展，有限元分析法也广泛应用在赛车车架的设计中。
有限元技术可以贯穿在车架设计中，拓扑优化设计在设计初期阶段采用，优化材料布局，获得合理的结构方案。
这对于提高赛车的动力性、燃油经济性以及赛车的人机工程性都具有重要意义。
1引言Formula SAE比赛于1979^由美国车辆工程师协会(SAE)开创举办，参加比赛的大学生需要在一年内开发一辆排量为610cc以下的休闲赛车，该赛车同时需要满足装配简单紧凑这一要求，并且该赛车能够满足小工厂每天至少可以生产4辆这一条件。
这项比赛的重点是创造一种更具竞争力的车辆，比现有车辆更疑，更强大，更臨Formula SAE制h战本科生和研究生设计和制造微型方程赛车的能力。
它对整车的设计有一个相对较小的限制，以便为汽车的高弹性设计和自我表达提供创造力和想象空间。
比赛前的每辆车通常用于设计，制造，测试和赛车只有8至12个月。
在与来自世界各地的大学团队的交流和谈判中，比赛让每辆赛车和他们的车队都有机会展示他们的创造力和公平性。
2建模设计2.1车架的基本结构主环：它是位于驾驶员旁边或后面的滚动停止结构。
前环：一个滚动挡块位于驾驶员的脚上，靠近手柄。
防滚架：主环和前环防止侧翻。
防滚架斜撑支撑：用于从主环底部和前环支撑件拉出到主环和前环的结构。
侧边防撞区域：从座板表面到驾驶舱内框架的最低点为240mn逢320mm,车辆从前环到主环的侧面区域。
2.2车架类型的选择依据赛事规则要求，并通过査阅相关文献，总结出以下方案以供选择。
(1)单体壳一底盘结构由外部平板负载。
即车架与车身合为一体，车身就属于车架的一部分的结构。
FSAE电车车架的结构分析引言FSAE（Formula SAE）是全球性质的学生汽车赛事，旨在由大学生设计、制造并竞赛单座式赛车。
FSAE电动车组则是以电动车为动力的比赛，其车架的设计有着非常重要的作用。
本文将就FSAE电动车车架的结构进行分析。
FSAE电车车架的功能与要求车架是整个赛车的基础结构，它的主要功能是承受各个部件的负荷和力矩，同时作为支撑和固定整个车辆的基础，保证了整个赛车的稳定性和可靠性。
要求实现的主要目标是轻量化、高强度和高刚性。
在设计车架时，需要考虑各个部件的尺寸、形状、分布、重量等因素。
电车车架需要考虑的因素还囊括有限电池重量和电池包形状等。
FSAE电车车架的结构FSAE电动车车架主要由四部分构成：前部、中部、后部以及支撑部分。
具体结构如下：前部前部由车轮、转向系统、刹车系统以及驾驶员和前悬架组成。
在车架设计中，应该注重前部的重量，优化车轮的位置和减小前悬架部分重量，以保证前部的刚性。
中部中部对保护驾驶员非常关键，它一般包括驾驶员座椅、驾驶员兼容结构和车辆的中构架等。
在车架设计中，应该将耐撞性和刚性的平衡融合，以保证减小车重的同时，增加载荷和力矩。
后部后部是车辆的动力拓展部分，这部分主要由驱动力转移系统，例如驱动电机、汽缸和离合器以及制动系统、悬挂和后轮组成。
在设计车架时，需要考虑到具体功能布局和连续的强度冲击要求。
支撑支撑是所有重要部分的基础，它由地面直接接触的部分和支持整个车辆的主要框架组成。
它能够为到处不同部分的能量和力矩提供平衡和平衡，同时尽可能地减少重量，提高整车的灵活性。
FSAE电车车架的材料在车架设计中，材料的选择是至关重要的，因为各个部分的质量和性能都取决于材料的选择。
FSAE车架经常采用碳纤维复合材料或铝合金材料。
1.碳纤维复合材料碳纤维的强度比铝高，密度却比铝低，因此其强度重量比非常优秀。
此外，它还具有优异的抗腐蚀性。
2.铝合金材料铝合金的强度重量比比钢高，但比碳纤维要低。
10.16638/ki.1671-7988.2019.08.048节能赛车车架轻量化设计*刘章棋，付龙虎，汪异（泸州职业技术学院机械工程学院，四川泸州646000）摘要：根据本田Honda中国节能竞技大赛规则，文章主要从材料、车轮布置型式、车架设计等方面，对赛车车架进行轻量化设计，以实现节能环保的目标。
关键词：车架；节能；环保中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)08-156-02Lightweight Design of Energy-saving Racing Frame*Liu Zhangqi, Fu Longhu, Wang Yi( Luzhou V ocational and Technical College Mechanical Engineering College, Sichuan Quzhou 646000 )Abstract: According to the rules of Honda China Energy-saving Competition, the light weight design of racing frame is carried out from the aspects of material, wheel layout type and frame design, so as to realize the goal of energy saving and environmental protection.Keywords: Frame; Energy Conservation; Environmental ProtectionCLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)08-156-02前言大量的燃油汽车，带来了燃油紧缺和大气环境污染问题。
某SRV车身结构性能分析及轻量化研究的开题报告一、选题背景及意义随着汽车行业的不断发展，SRV车型（Sport Racing Vehicle，即运动竞技车辆）在跑车、赛车等领域有着广泛的应用。
但是相较于普通轿车，SRV车型在性能需求上更高，在车身结构及材料上也提出了更高的要求，因此如何通过研究车身结构性能及轻量化来提高SRV车型的性能已经成为了一个重要的研究课题。
本研究将从SRV车身结构性能及轻量化的角度出发，探索如何在保证车身强度及安全的前提下，实现车身结构轻量化，进而提高SRV车型的整体性能。
研究结果将有助于推动相关领域的技术发展和创新，为SRV车型的设计和制造提供指导意义。
二、研究内容和方法（一）研究内容1. SRV车型车身结构的分析与设计。
2. SRV车型车身材料的选取与性能分析。
3. SRV车型车身结构的强度与刚度分析。
4. SRV车型车身结构的轻量化设计。
（二）研究方法1. 借助有限元软件，对SRV车型的车身结构进行模拟分析，并通过计算机仿真来探究车身结构的性能。
2. 应用物理力学原理，对车身受力情况进行理论分析和计算，并测定车身在实际道路行驶中的往复负载和振动载荷，进而对车身结构的强度和刚度进行计算和分析。
3. 根据SRV车型的使用特点和性能要求，从车身材料方面进行研究，并对材料进行性能分析，选取性能更优良的材料。
4. 尝试采用分析化方法，寻找最优化设计方案，优化车身结构性能，进而推动车身结构的轻量化设计。
三、研究目标和预期成果（一）研究目标1. 深度分析SRV车型车身的结构特点，了解车辆应用情况，以及模拟分析车身的应力和疲劳特性。
2. 确定SRV车型车身材料和结构的选取和设计，达到材料的性能最佳化，使车身达到物理强度和安全性要求，并在保证质量的前提下，实现车身轻量化。
3. 探索具有SRV车型特定需求的结构材料新应用，例如复合材料等。
（二）预期成果1. 通过对SRV车型车身结构性能的分析和计算，得出SRV车型车身的设计方案。
重型载重汽车车架轻量化设计研究一、概览重型载重汽车作为现代运输行业的重要支柱，其性能与效率直接影响到物流运输的成本与速度。
而车架作为重型载重汽车的核心部件，其重量不仅关系到整车的燃油经济性、动力性，还直接影响到汽车的安全性能。
车架轻量化设计成为提升重型载重汽车性能的重要途径，也是当前汽车制造业研究的热点之一。
车架轻量化设计的核心在于通过优化结构和材料选择，减轻车架的重量，同时保证车架的强度、刚度和耐久性。
这需要对车架的受力情况、材料性能以及制造工艺进行深入的研究和分析。
随着科学技术的不断进步，新型材料如高强度钢、铝合金、碳纤维复合材料等的应用为车架轻量化设计提供了更多的可能性。
在车架轻量化设计过程中，除了考虑材料的选用外，还需要对车架的结构进行优化设计。
通过合理的结构设计，可以减小车架的截面尺寸和厚度，进一步降低车架的重量。
还需要考虑车架与发动机、底盘等部件的连接方式和配合关系，确保整车的稳定性和安全性。
车架轻量化设计还需要考虑生产工艺和制造成本。
在满足性能要求的前提下，应尽量采用简单易行、成本较低的制造工艺和材料，以降低整车的生产成本，提高市场竞争力。
重型载重汽车车架轻量化设计是一个涉及材料、结构、工艺等多方面的复杂问题。
通过深入研究和分析，采用合理的设计方法和手段，可以实现车架的轻量化，提高重型载重汽车的性能和效率，为物流运输行业的发展做出贡献。
1. 重型载重汽车在社会经济中的地位与作用重型载重汽车作为道路交通的重要载体，在社会经济发展中占据着举足轻重的地位。
它们不仅是货物运输的主要工具，还是基础设施建设、物流运输、农业生产等领域不可或缺的力量。
随着全球经济一体化的加速推进，重型载重汽车的需求日益增长，对社会经济的发展起着重要的支撑作用。
重型载重汽车在货物运输中发挥着关键作用。
无论是长途运输还是短途配送，重型载重汽车都能以其强大的承载能力和稳定的性能，确保货物安全、高效地到达目的地。
在国际贸易中，重型载重汽车更是扮演着重要角色，它们穿梭于世界各地的港口、仓库和物流中心，将货物运送到各个角落，为国际贸易的繁荣做出了巨大贡献。
车身轻量化技术研究近年来，随着人们生活水平的提高和汽车行业的发展，人们对于汽车的要求也越来越高。
除了性能、外观、功能等各方面的要求，车辆的轻量化也成为了越来越重要的一个方面。
车辆的轻量化不仅可以提高车辆的燃油效率，还可以增加车辆的安全性能，降低碳排放量，促进可持续发展。
因此，车身轻量化技术的研究已经成为了汽车工业的发展重点之一。
一、轻量化技术的意义随着人类社会的快速发展，各种资源的消耗速度也径直向上。
为了减少资源的浪费，促进经济可持续发展，车辆轻量化技术成为绕不过去的一道坎。
汽车的轻量化不仅可以对经济造成积极的影响，还能为人们的生活和自然环境带来宝贵的价值。
首先，轻量化技术可以提高车辆的燃油效率。
车辆的燃油消耗不仅直接影响了人们的生活质量，还对环境产生了很多的压力。
而减轻车辆的重量可以使车辆的燃油消耗量降低，可以大大减少燃料的消耗和对环境的污染。
其次，轻量化技术可以增加车辆的安全性能。
车辆的重量直接影响着车辆的碰撞安全性能。
减轻车辆的重量可以使车辆的耐撞性和刚性得到提高，减少燃油消耗量的同时不会影响到安全性能，这是轻量化技术的最大优势之一。
最后，轻量化技术可以降低碳排放量，促进可持续发展。
随着社会的不断发展，环保已经成为了一个全球性的话题。
汽车排放的一氧化碳和颗粒物等物质，已经对环境产生了很大的危害。
而减轻车辆的重量可以大大减少其尾气的排放，从而降低对环境的危害。
二、轻量化技术的发展现状目前，轻量化技术已经成为了汽车工程的必修课，也是汽车工业的发展方向。
在轻量化技术的发展中，许多科技和材料已经被广泛应用。
（一）高强度钢材的应用为了保证车辆的安全性能，汽车制造商通常会选择使用高强度钢材。
高强度钢材不仅具有较高的强度，还具有较佳的性能和成本效益。
据悉，目前已经有许多汽车制造商使用高强度钢材生产车身，这也是轻量化技术的一大突破。
（二）炭纤维复合材料的应用炭纤维复合材料是一种材料，具有较轻的重量、较高的强度和较好的耐腐蚀性。
车身轻量化技术研究近年来，汽车行业的发展趋势逐渐向着低碳、环保和高效的方向发展，而轻量化技术成为了汽车制造业在这一领域的重要研究内容之一。
车身轻量化技术的研究可以在保障汽车安全的前提下，降低车辆重量，提高燃油利用率，减少环境污染和节省能源。
本文将就车身轻量化技术的研究进行探讨和讨论。
一、车身轻量化技术的意义车身轻量化技术是近年来普遍被汽车制造企业快速推广应用的一种技术，其意义在于实现汽车工业的绿色化、高效化和可持续发展。
车身轻量化技术不仅能够达到降低车辆整体重量，提高燃油利用率的效果，而且还能改善汽车行驶性能、提高操控性和加速性等多方面性能指标。
此外，车身轻量化技术还有强调车辆环保，减少对自然环境的影响的作用，具有较大的社会意义。
二、车身轻量化技术的研究方向1. 材料结构的优化设计材料是车身轻量化的核心。
目前，常见的汽车材料主要包括钢、铝、镁、碳纤维等。
创新高强度、轻量化、抗冲击性能更强的新型材料，将成为未来的发展趋势。
轻量化的方向需要考虑材料强度与密度，结构设计则是对材料强度发放最直接的体现。
针对不同的应用场景，需要进行材料的优化选择和设计。
举例来说，对于汽车轮圈这样的部分，采用具有高强度、良好可塑性和合理的成形工艺的材料，将带来重量的大幅度降低，这对燃油经济性和车辆稳定性都具有显著的促进作用。
2. 汽车尺寸和结构设计车身尺寸和结构设计是影响汽车重量的一个重要因素。
钢材和合金材料的使用可以减轻车身重量，但如果设计不合理，仍会对车身结构造成很大影响。
汽车设计师应当在尺寸和结构设计上，兼顾车身稳定加长、载荷能力、安全性和能源利用率等因素，达到权衡的效果。
近年来，一些汽车制造商开始采用较小的车身尺寸，但却在车内空间布局和驾驶舒适性方面大有提升。
3. 零部件的集成化设计汽车由许多各种各样的部件组成。
在汽车设计中，一部分的部件可能具有相同的功能。
因此，汽车制造公司的设计师和工程师可以考虑集成化的设计，利用少量的部件来减小汽车的重量。
方程式赛车技术的研究与进展分析随着科技的发展和汽车运动的兴起，方程式赛车（Formula One，简称F1）已经成为世界上最高端、最具竞争力的汽车赛事之一。
在F1的赛场上，各支车队和车手利用先进的技术手段，致力于不断地提高自己的竞争力，争夺比赛的最高荣誉。
本篇文章将探讨方程式赛车技术的研究与进展，以期为广大F1爱好者提供一些参考。
1. 新材料的应用在F1赛车的制造过程中，新材料的应用是最显著的技术进展之一。
例如，碳纤维材料和液晶聚合物材料的应用可以大大降低车身重量和提高强度。
2017年，梅赛德斯车队引入了新型碳纤维材料，使得他们的赛车性能得到了显著提升。
此外，F1赛车还采用了许多其他的新材料，例如耐热陶瓷材料、钛合金材料等等，这些材料的应用可以在保证车身强度的同时减轻整个赛车的重量。
2. 发动机的改进F1赛车发动机是整个赛车系统中最为关键的组成部分之一，它可以直接影响到车辆的性能和速度。
因此，F1赛车的发动机始终是汽车技术研发的重点之一。
在过去的几年里，F1赛车所采用的发动机技术不断地得到改进和升级。
例如，2014年引入的1.6升V6涡轮增压发动机，相比之前的发动机，既可提高燃油效率，也可大幅降低排放量。
此外，新式发动机还采用了许多先进的技术手段，例如电气增压器、电池等等，这些技术手段可以进一步提高发动机的动力性能。
3. 空力效应的优化在F1比赛中，赛车的空气动力学效应是非常重要的。
空气动力学效应的好坏直接影响车辆的下压力和风阻，对于提高车辆的速度和稳定性具有非常重要的意义。
因此，在F1赛车的制造和调试中，诸如风洞试验、数值模拟等技术手段被广泛地使用。
同时，赛车制造商和车队也在不断地探索新的空气动力学方案，例如翼型、侧裙等等，以期进一步提高F1赛车的速度和稳定性。
4. 电动化趋势的推进随着环保理念的兴起，电动汽车逐渐成为了全球汽车技术发展的趋势。
在F1赛车中，电动化趋势也在逐渐展现。
例如，FIA在2014年引入了ETS（Energy Recovery System）系统，这个系统可以将制动过程中产生的能量收集起来，并转化为电能储存下来。
轻量化汽车车身结构设计与性能优化研究随着环保意识的不断提高与汽车产业的日益发展，轻量化汽车成为了一种潮流和趋势。
轻量化汽车车身结构设计是汽车制造业中的一个重要研究方向，它能够降低车辆自重，提高燃油效率、减少污染等环保效益，并且能够提高车辆的安全性能。
本文将就轻量化汽车车身结构设计与性能优化进行研究，探讨轻量化车身结构在车辆性能优化方面的应用。
一、轻量化汽车车身结构设计1、材料选型车身材料对车辆的整车质量、强度和刚度等具有重要影响。
传统的车身材料大多是钢材，但随着技术的发展，新型材料的出现，如铝合金、高强塑料等材料逐渐进入车身设计领域，它们具有较轻的重量、优异的强度和刚度等特点，非常适用于轻量化汽车车身结构的设计。
而且，在材料的成本和加工工艺稳定性等方面也逐渐得到了解决，成为了轻量化汽车设计中的主要材料。
2、结构设计轻量化车身结构设计主要包括车身零件的几何设计和布局方案设计。
在几何设计方面，根据车身的受力特性和应变状态，设计出具有合理、均匀分布的强度梁结构，抗压强度、抗扭强度、抗弯强度和剪切强度都合理布置，构成巨大的刚性面。
在布局方案设计上，应该充分考虑零件各自的功能，调整构型设计和加强筋，控制结构中的应力水平和应变水平，使疲劳寿命有限，以达到更小的怠速特性和更长寿命的效果。
二、轻量化汽车车身结构性能优化1、动力性能轻量化车身在汽车动力性能方面有明显优势，它可以降低发动机负荷，使发动机的油耗减少、动力提高。
轻量化车身结构采用优质材料，减少了车身重量，带来了更轻快的操控感受，对于驾驶者可降低驾驶负担，提高了行驶舒适性，增强内部车舱的静音效果。
2、安全性能轻量化车身所使用的材料强度、承载能力相对比较低，但是轻量化也不意味着弱化，轻量化车身需要在车身设计强度、材料刚性、防火安全、撞击缓冲等方面进行安全性优化，这样才能够达到相应的安全性能标准。
3、节能与环保轻量化车身能够减少车辆的自重，轻质车辆的加速和制动摩擦所需要的能量也会减少，进而减少油耗、提升能效，从而使得汽车的排放情况变得更加环保。
Mechanical Engineering and Technology 机械工程与技术, 2017, 6(2), 179-186 Published Online June 2017 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/met https://doi.org/10.12677/met.2017.62024
文章引用: 程锡男, 李传昌, 赵健俊. 方程式赛车车架轻量化分析研究[J]. 机械工程与技术, 2017, 6(2): 179-186. https://doi.org/10.12677/met.2017.62024
Lightweight Formula Frame Analysis Research
Xinan Cheng, Chuanchang Li, Jianjun Zhao School of Automotive Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai
Received: Jun. 8th, 2017; accepted: Jun. 23rd, 2017; published: Jun. 28th, 2017
Abstract Formula racing frame is the vehicle assembly and components of the assembly and bearing the base. It is more than 10% of the quality of car racing, so the lightweight frame can improve the car's fuel economy, power and handling stability and other dynamic performance. In this paper, the design criteria and rules of the frame are analyzed, and the optimization method of steel frame design is studied. Then, the 3D geometric model of the FSC racing frame is established, the geome-tric model is introduced into the finite element software, the finite element model of the frame is established, the static force analysis and the modal analysis are carried out on the frame, and the structure optimization and lightweight design are analyzed according to the simulation results, and finally the racing frame program is determined to achieve the framework to reduce the quali-ty of 1.4 kg structure optimization goals. The lightweight design method has important reference for other industrial products design and manufacture.
Keywords FSC Racing Car, Lightweight Frame, Finite Element, Frame
方程式赛车车架轻量化分析研究 程锡男，李传昌，赵健俊 上海工程技术大学 汽车学院，上海
收稿日期：2017年6月8日；录用日期：2017年6月23日；发布日期：2017年6月28日
摘 要 方程式赛车车架是整车各总成及零部件的装配和承载基体。它所占赛车整备质量百分比10%以上，因此程锡男 等 180 轻量化的车架可以提高赛车的燃油经济性、动力性及操纵稳定性等动态性能。本文首先分析了车架设计标准与规则，研究了钢管车架设计优化方法。然后建立FSC赛车车架的三维几何模型，将几何模型导入到有限元软件中，建立了车架的有限元模型，对车架进行了静态受力分析和模态分析，根据仿真分析结果进行结构优化和轻量化设计，最后确定赛车车架方案，实现车架减轻质量1.4 kg结构优化目标。本文轻量化设计方法对赛车或其他工业制品设计制造有重要借鉴意义。
关键词 FSC赛车，车架轻量化，有限元，车架
Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
1. 引言 汽车车架是整车结构的重要组成部分，它支撑和连接了汽车的其他总成和部件。同时它承受着传递给它的各种力和力矩。对于赛车而言，较轻的车架可提高燃油经济性与动力性，因此，汽车车架要在尽量减少重量的基础上，保证有足够的强度、刚度、可靠性及寿命。钢管车架常用于赛车领域，为了增强赛车的安全性而增设。赛车比赛容易发生碰撞和翻滚，因此会将比赛车的内饰拆除，焊装一根根按照车厢内部的轮廓进行连接或焊接的框架。大学生方程式赛车主要分为桁架式结构的钢管车架和复合材料的单体壳结构这两种类型。本文采取的是桁架式钢管车架作为赛车的车架。 车架基本结构包括：前鼻，前后防滚架，主防滚架，防滚架斜撑，前隔板支撑系统，侧面防撞结构。前鼻指的是前环之前的部分，前鼻需要承受悬架跳动，车轮冲击，踏板载荷以及可能出现的正面撞击等多种载荷。前后防滚架是使用冷拔无缝碳素钢管弯制而成的可拆卸的钢管组合件，能在车辆遭受强烈冲击时保护车身不发生严重变形损坏。侧面防撞机构则是在车辆遭受侧方向的冲击时提供保护。
2. 方程式赛车车架结构设计 FSC赛事规则对钢管车架的结构，钢管规格，材质都做出了要求。本设计车架使用钢管组成的桁架式(空间管阵式)车架，其具有刚度大、质量小、成本低和结构紧凑的特点。钢管车架结构设计规则如图1，图2所示。 车架结构方面主要要求钢管之间的连接必须点对点，形成三角稳定结构。如图3所示，这样在发生碰撞时，每根钢管都会有力的传递予以支撑。另外，这种设计还保证了车手在赛车发生侧翻或翻滚时，车手的头部和身体都不会和地面发生接触，从而保证车手安全。 车架基准钢铁材料应使用低碳钢或合金钢管件，不同部件均要保证赛规最小尺寸规格要求。其中4130钢的力学性能远远高于Q235与45钢，虽然焊接稍有困难，但是靠当下的焊接工艺完全可以保证，所以4130钢管材非常适合制作车架。车架各部位使用钢管尺寸如表1所示。 车架侧边防撞结构要求桁式车架的侧边防撞结构必须由车手(车手以正常驾驶姿势乘坐)两边各至少三根管件构成，侧面防撞设计结构如图4所示。 驾驶舱为了保证驾驶员的逃生空间和腿部空间，规则还限定了驾驶舱最小开口和驾驶舱内部横截面的空间要求。驾驶舱空间要求如图5所示。
Open Access程锡男 等 181 Figure 1. Overall frame rules requirements 图1. 车架规则总体要求
Figure 2. Frame structure 图2. 车架头部结构要求
Figure 3. Frame geometry structure requirements 图3. 车架几何结构要求
Table 1. Benchmark minimum size iron and steel materials 表1. 基准钢铁材料最小尺寸规格
部件或用途 外径 * 壁厚
主环和前环，肩带安装杆 圆管25.4 * 2.4 mm； 圆管25.0 * 2.50 mm
侧边防撞机构，前隔板，防滚架斜撑，安全带安装杆 (不包括上述部分，指肩带安装杆)
圆管25.4 mm * 1.65 mm； 圆管25.0 mm * 1.75 mm； 圆管25.4 mm * 1.60 mm； 方管25.4 mm * 25.4 mm * 1.25 mm； 方管25.0 mm * 25.0 mm * 1.25 mm； 方管26.0 mm * 26.0 mm * 1.2 mm
前隔板支撑，主环斜撑支撑 圆管25.4 mm * 1.25 mm 圆管25.0 mm * 1.5 mm 圆管26.0 mm * 1.2 mm 程锡男 等 182 Figure 4. Frame side fender structure requirements 图4. 车架侧面防撞结构要求
驾驶舱开口 驾驶舱内部横截面 Figure 5. The cockpit space requirements 图5. 驾驶舱空间要求
车架轻量化的研究不是单一的，轻量化主要有三个方向：一是材料轻量化，轻质高强度材料的选择。二是工艺轻量化，制作工艺的创新和提升。三是结构轻量化，优化车架结构和整体布局。以上三种轻量化方法既能独立实现，也能相辅相成，构成一套思路完整的FSC赛车车架轻量化体系[1]。
3. 轻量化的方法 3.1. 方程式赛车车架材料轻量化 材料轻量化是指运用轻质高强度材料来实现降低车架质量的方法。对于车架，受载荷后在尺寸和形状上出现变形等现象。根据载荷的不同形式，变形可以分为剪切、拉伸、压缩、弯曲及扭转等。每种材料都有独特的特性，呈现出来的承受荷载的能力也不相同，这个不相同的现象被称为材料的强度特性和刚度特性[2]。 方程式赛车车架材料的强度 结构杆件所用材料在规定的荷载作用下，材料发生破坏时的应力称为强度，要求不破坏的要求，称为强度要求。根据外力作用方式不同，材料会受到抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、屈服强度、抗弯强度、冲击强度、疲劳强度、蠕变强度等。在FSC赛车车身轻量化设计中屈服强度是需要研究的。传统的强度设计方法，塑性材料以屈服强度为标准，规定许用应力[σ] = σys/n，安全系数n因场合不同可从1.1到2或更大，对脆性材料，以抗拉强度为标准，规定许用应力[σ] = σb/n，安全系数n一般取6。关于材
