轿车车身结构设计

王松　姜奎

摘要：随着当今经济的不断发展，人们的生活质量也有着很大的提升，对于汽车的需求也更多，在汽车性能上的要求也变的更高。对于汽车来讲，其车身的结构有着非常重要的作用，能够在很大的程度上决定整个汽车的整体性能。本文就将对汽车车身结构设计的特点进行阐述，并且提出一些优化的方法。

关键词：轿车车身；结构设计；优化

汽车产业经过之前几十年的发展已经有着很好的基础，在当前社会中，人们对于汽车的研究主要集中在三个方面，安全，节能和环保。为了更好的去优化汽车的性能，人们需要从车身设计方面进行考虑，让车身结构变的更加的轻，结构也更强，这样才能够促进汽车产业向着更好的方向发展。

一、轿车车身结构分析

（一）结构的特点

在当前的社会中，轿车结构的设计对于汽车的整体性能有着很大的影响，对汽车的制造成本也有着决定性的作用。轿车作为一种大众化的用车，其美观性和舒适性对于消费者来讲也有着很大的吸引力，因此在进行车身结构的设计的时候，应当要尽量让汽车更加的美观舒适，这样才能够让消费者更加乐意去进行选择。轻量化在当前的结构设计中也有着很重要的作用，在一定程度上能够降低汽车的造价，让汽车产业有着更好的发展。

（二）刚度结构分析

车身结构的刚度在一定程度上能够反映出车身结构的性能，对车身刚度进行分析的目的是在进行汽车装备的时候能够让各种器件之间进行无缝连接，不让其变形强度太大。现代轿车中很多都会采用承载式的车身结构，这种设计有着很大的优点，让轿车的车身更加的轻便，在操作上也会更加的稳定。承载式车身能够有效的承载车身大部分的重量，在扭转、弯曲或者碰撞时能够有着更好的刚度。轿车中如果对车身的刚度设计不够合理，在负荷较大的情况时就会引起一些事故，例如窗口等部分产生大的变形，让车身的密封性降低，刚度设计不够合理还会影响到车身的舒适性，让车身产生更加明显的震荡性，对汽车内部其他的部件造成损害，对车身表面也有着一定的伤害。在汽车行驶的过程中，由于汽车刚度的不足会对其操作、平顺性和安全等有影响，因此在进行汽车结构设计的时，应当要在汽车的车身重量和结构的刚度之间进行平衡，让汽车的性能能够更好。

（三）有限元

在对汽车进行设计的时候，由于其模型较为的复杂，在处理起来会遇到很大的困难，就应当要运用有限元去进行计算和分析。在进行车身结构设计的时候，其制作需要的材料较为的特殊，并且成本较高，并且还需要去进行建模，一旦建成之后就很难再去进行更改，因此在进行设计的时候需要运用有限元的方法去对车身的结构得出一个明确的结果，对车身建造需要的各种部件也要准确的计算出来，这样在进行建造的时候就会有着一个确定的模型，减少出现错误的几率，因此有限元在车身结构设计中有着重要的作用。在进行汽车结构设计时，利用有限元建模能够对汽车的模型进行简化，能够反映出汽车的实际特性，从而得出最为精确的结果。

二、车身设计改进策略

（一）焊点有限元建模方法

在进行车身建造的时候，需要对汽车的车身结构进行焊接，一般人们是采用电阻电焊的方法对其进行焊接，就是将需要进行焊接的地方放在两个电极的中间，在电极之间通入电流，利用电力产生的高温融化焊件，从而实现无缝连接。这样焊接的优点是质量轻，并且具有很高的强度，对汽车的下一步建造也提供了很大的便利，整个汽车需要有着很多的焊点，对这些焊点也需要进行分析，这样才能够保证汽车整体有着较好的质量。焊点的分布較为密集，在进行建模的时候会有着很大的困难，因此其模型的精确度对于汽车结构设计来讲有着重要的影响。目前来讲，焊点模型可以分成两大类，一类是有焊点应力状态的模型，另一类是无焊点应力的模型。对于进行焊点应力计算的模型来讲，由于要对这些焊点进行更加精细的处理，因此在建模的时候需要有着更加精确的模型，对于不需要对应力进行计算的模型来讲，仅仅要求能够准确的模拟出焊点的刚度和结构的连接，因此不需要极为准确的模型。

（二）车身有限元建模

对于承载式车身来讲，其车身较为复杂，并且有着很多的特殊的结构，因此在进行建模的时候也会遇到一定的阻碍。在车身的金属板上分布着大量的孔，在进行装配的时候能够更加的方便快捷，在对其进行建模处理的时候，应当要采用动力学和静力学共同进行分析，对于车身来讲，由于一些直径较小的孔对于模型的影响非常小，因此可以进行忽略，对于另外一些车身上的结构，也可以适当的去忽略，这样能够有效的提升有限元的建立效率，并且能够得到质量较高的单位，这样能够在一定的程度上提升计算的精度。在当前利用计算机进行建模能够达到更快和更加精确的速度，有限元模型能够更为精细。

（三）优化数学模型

在进行模型建立的时候，也需要利用数学去进行解决，在确定优化问题的数学模型时，应当要对结构的特性进行设计，了解单元的各种物理参数、材料的一些特性等。在进行设计的时候一般都会存在一个上限和下限，这样就会对问题的优化限定了一个范围，人们将其称为结构边界，另外在进行对于问题的优化的解决时，应当要满足性能的要求，例如强度、刚度等，人们将其称为状态变量。一般来讲，状态变量对于结构有着一定的响应，能够构成设计变量的非线性隐函数，这就给优化问题的实际带来了另一个范围。还有着另一个约束是目标函数，利用目标函数能够去寻找最优化的量，让质量或者强度等达到一个最好的状态。目标函数能够随着设计的变量要求进行改变，这样能够更好去解决遇到的一些问题。在汽车结构设计中一般遇到的都会是非线性多变量的约束优化问题。

三、总结

在车身结构设计中，需要利用有限元去进行建模分析，这涉及到多方面的问题，在国内，对于这方面的研究才刚刚起步，还没有形成一个良好的基础，没有很好的经验。因此在车身设计方面我国还需要进行不断的努力，优化汽车结构的设计，希望本文能够有所帮助。

参考文献：

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[2]邓骞.轿车车身结构件分析与设计技术[J].科技与创新，2017（20）：60-61.

[3]史笑夫，郭蔷.轿车车身结构设计探讨[J].科技展望，2016（12）：183.

（作者单位：华晨汽车工程研究院）