關(guān)于《汽車輕量化》有關(guān)文獻的閱讀報告

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1、 有關(guān)《汽車輕量化技術(shù)》文獻閱讀報告 引言： 汽車輕量化技術(shù)的內(nèi)涵是指：采用現(xiàn)代設(shè)計方法和有效手段對汽車產(chǎn)品進行多種優(yōu)化設(shè)計, 或采用新材料在滿足汽車正常工作的各項要求前提下, 盡可能降低汽車產(chǎn)品的自身重量, 以達到降重減輕、節(jié)能減排、操控便捷、安全舒適等綜合指標。 1 汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展狀況 早在二十世紀初期，參與賽車運動的賽車就由賽車運動協(xié)會提出了重量上的限制，這也成為世界上最早的汽車輕量化事件。這項規(guī)定也為汽車輕量化以后的快速發(fā)展提供了一個良好的開端。自此，汽車零部件開始出現(xiàn)鋼板沖壓件，來替代以前經(jīng)常使用的圓管材料，底盤及車架、車身等零件的制造往往采用這

2、些鋼板沖壓件。到了上世紀中葉第二次世界大戰(zhàn)后，德國大眾公司開始將輕量化措施大量應(yīng)用在汽車設(shè)計和制造上，特別是將鎂合金材料第一次使用在“甲殼蟲”車的發(fā)動機和變速箱殼體上，這一創(chuàng)舉為今后輕量化技術(shù)的發(fā)展開啟了歷史新紀元。 然而，當時汽車輕量化技術(shù)還沒有得到人們足夠的重視。直到二十世紀70年代之后，隨著全世界范圍石油危機的爆發(fā)，也隨著汽車設(shè)計、制造工藝技術(shù)及汽車材料技術(shù)的發(fā)展，人們才開始逐漸重視汽車輕量化技術(shù)的研究，并開始逐步應(yīng)用在汽車產(chǎn)品上，汽車輕量化技術(shù)才得以長足發(fā)展。 時至今日，安全、節(jié)能、環(huán)保已成為提高汽車競爭力的一個永恒話題。輕量化是汽車技術(shù)發(fā)展的一個重要趨勢，受到越來越多的關(guān)注和重視

3、。一方面，輕量化是節(jié)能減排的需要。轎車的自身質(zhì)量每減輕10％，燃油消耗可降低6％—8％。燃油消耗的減少，既能降低能耗，又能減少污染物的排放。另一方面，輕量化也是汽車技術(shù)發(fā)展的要求。日益苛刻的整車安全法規(guī)和消費者對汽車越來越多的功能需求，要求汽車設(shè)計者不斷地增加各類附件，以滿足安全、排放、舒適性、可靠性、智能化等要求，并在零件數(shù)量不斷增加的同時減輕其質(zhì)量。總之，汽車輕量化技術(shù)已在汽車領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，已成為行業(yè)的共識，并且，汽車輕量化成果也日趨顯著。 2 實現(xiàn)汽車輕量化的措施 汽車輕量化要求在保證汽車整體質(zhì)量和性能不受影響的前提下,應(yīng)最大限度地減輕各零部件的質(zhì)量,努力謀求高輸出功率、

4、低噪聲、低振動和良好的操縱性、高可靠性等，并盡量降低燃油消耗,減少排放污染。通過輕量化技術(shù)的內(nèi)涵可知,汽車的輕量化主要通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和使用新輕質(zhì)材料兩大措施來實現(xiàn)，此外還有先進的制造工藝等。 2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 目前國內(nèi)外汽車輕量化技術(shù)發(fā)展迅速,主要的輕量化措施之一是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。所謂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，是指設(shè)計者在全部可能的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中，利用數(shù)學手段，選取其中最優(yōu)方案的一種設(shè)計方法。它包括拓撲優(yōu)化、尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化以及多學科優(yōu)化等。 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)融合到了汽車設(shè)計的各個階段。特別是在現(xiàn)代汽車工業(yè)中,人們將CAD /CAE /CAM 一體化技術(shù)運用到汽車設(shè)計

5、和制造的各個環(huán)節(jié)，大大改善了汽車的輕量化設(shè)計、制造。運用這一技術(shù)不僅可以對汽車總體結(jié)構(gòu)進行分析和優(yōu)化,來實現(xiàn)對汽車零部件的精簡、整體化和輕質(zhì)化，還可以準確實現(xiàn)車身實體結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局設(shè)計,以便對各構(gòu)件的開頭配置、板材厚度的變化進行分析,并可從數(shù)據(jù)庫中提取由系統(tǒng)直接生成的有關(guān)該車的相關(guān)數(shù)據(jù)進行工程分析和剛度、強度計算等。目前，具體合理結(jié)構(gòu)設(shè)計措施有以下3個方面: （1）通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,減小車身骨架及車身鋼板的質(zhì)量,對車身強度和剛度進行校核,確保汽車在滿足性能的前提下減輕自重。 （2）通過結(jié)構(gòu)的小型化,促進汽車輕量化,主要通過其主要功能部件在同等使用性能不變的情況下,縮小尺寸。

6、 （3）采取運動結(jié)構(gòu)方式的變化來達到目的。比如采用轎車發(fā)動機前置、前輪驅(qū)動和超輕懸架結(jié)構(gòu)等,使結(jié)構(gòu)更緊湊,或采取發(fā)動機后置、后輪驅(qū)動的方式,來達到使整車局部變小,實現(xiàn)汽車輕量化的目標。 2.2 使用新型輕質(zhì)材料 現(xiàn)在汽車輕量化設(shè)計中使用輕質(zhì)材料的方法主要包括采用輕量化材料和輕量化材料成形技術(shù)兩方面。輕量化材料是指用來減輕汽車零部件質(zhì)量的材料，當前已應(yīng)用于汽車工業(yè)的輕質(zhì)材料可分為兩大類：一類是低密度輕質(zhì)材料，如鋁合金、鎂合金、鈦合金、塑料和復合材料等；另一類是高強度材料，如高強度鋼和高強度不銹鋼等。而輕量化材料成形技術(shù)是指為了滿足高強度材料的應(yīng)用，以及實現(xiàn)零件集成化設(shè)

7、計需要所采用的技術(shù)。目前，應(yīng)用較為廣泛的有激光拼焊板技術(shù)（TWB）、熱壓成形技術(shù)（HPF）和液壓成形技術(shù)（HF）等。 每種輕質(zhì)材料各具特色，各有優(yōu)缺。如鋁合金材料機械性能強，耐腐蝕性、導熱性好，但它價格比較高，難于焊接加工；而鎂合金材料密度很低、強度與質(zhì)量比很高，但其鑄造性差，后處理工藝復雜,且鎂產(chǎn)量較低、成本高等。因此，為了更好的滿足現(xiàn)代汽車輕量化的要求，人們也在不斷地研究各種輕質(zhì)材料的性能，力求找到性能更優(yōu)異的輕質(zhì)材料來滿足當今社會的需求。 2.3 先進制造工藝 在大量采用高強度鋼、鋁鎂合金、塑料和復合材料等輕量化材料來實現(xiàn)汽車輕量化的同時，與之相匹配各種先進制造工

8、藝也得到了廣泛應(yīng)用。所謂先進制造工藝是指：采用新材料生產(chǎn)汽車零部件所需的特殊加工技術(shù)，主要有先進的材料連接技術(shù)、零部件表面處理技術(shù)等。 如激光拼焊板技術(shù)實現(xiàn)同一板材不同處的結(jié)構(gòu)強度要求不同，板材厚度也不同。既保證強度要求，又能節(jié)約板材，減少車身重量；用于高強度鋼板沖壓件的熱沖壓成形工藝；用于車身結(jié)構(gòu)連接的膠接和膠焊工藝等，另外，液壓成型技術(shù)（HPF）等也是車身輕量化先進制造技術(shù)發(fā)展的新方向。 3 汽車輕量化的評價指標 就目前而言，對于汽車輕量化技術(shù)水平的評價尚沒有統(tǒng)一的評價指標。各汽車廠家為了提高自身產(chǎn)品的市場競爭力，在滿足相關(guān)法規(guī)要求的前提下，不斷地減輕整車質(zhì)量、降低油耗

9、、改善操縱性能，在車身設(shè)計方面，設(shè)計師們已經(jīng)開始對輕量化指標進行探索了。車身輕量化技術(shù)指標能給車身開發(fā)提供一個方向性的指導，但在行業(yè)內(nèi)尚未形成一個高度認同的指標。目前應(yīng)用較為普遍的幾種車身輕量化指標如下： （1）車身輕量化系數(shù)（Light Weight Index）； （2）車身最低屈服強度 ； （3）制造車間關(guān)鍵指數(shù)（Key Bodyshop Figure）； （4）車身單位體積質(zhì)量。 4 汽車輕量化技術(shù)的未來研究方向 4.1 在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方面 汽車結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和連續(xù)體拓撲優(yōu)化等技術(shù)已逐步發(fā)展成熟并得到廣泛應(yīng)用，但汽車結(jié)構(gòu)

10、的多學科、多目標優(yōu)化設(shè)計方法、離散桿系結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化等方法，還有待進一步研究和完善。 4.2 在輕量化材料的應(yīng)用方面 變形鎂合金、新型塑料和纖維增強復合材料具有較大的應(yīng)用潛力；另外，由于單一材料難以最大程度地滿足汽車結(jié)構(gòu)的輕量化要求，研究多種材料混合結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論、方法和相應(yīng)工藝，在汽車不同部位采用不同的材料，充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)選材與零部件功能的最優(yōu)組合，這種多材料一體化設(shè)計理論和方法將成為汽車輕量化技術(shù)的研究熱點。 4.3 在工藝研究方面 液壓成型、激光焊接等技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用，熱成形工藝的應(yīng)用將得到進一步發(fā)展。此外，零部件的輕量化將得到重視。而且，各種輕量化

11、技術(shù)是相輔相成的，充分發(fā)揮不同輕量化手段的優(yōu)勢，研究汽車材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計的系統(tǒng)化和集成化方法，即輕量化技術(shù)的系統(tǒng)化和集成化，也是未來汽車結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)的研究方向。 5 總結(jié) 隨著人們對汽車安全性、舒適性、環(huán)保性以及經(jīng)濟性等要求的提高，汽車安裝空調(diào)、安全氣囊、隔熱隔音裝置、廢氣凈化裝置、衛(wèi)星導航系統(tǒng)等越來越普及，這無形中增加了汽車的質(zhì)量、耗油量和耗材量，也導致了大量能源的消耗、汽車尾氣排放的增加等。而汽車輕量化技術(shù)對汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，不僅關(guān)系到車輛的節(jié)能減排、安全、成本等諸多方面，同時也對世界能源、自然資源和環(huán)境具有深刻的影響，它已成為汽車設(shè)計和汽車材料應(yīng)用

12、技術(shù)發(fā)展的主導方向。但目前汽車輕量化技術(shù)還處于不完全成熟的階段，很多難關(guān)有待我們?nèi)スタ?，很多方面值得我們?nèi)ゲ粩嗵剿餮芯俊? 主要參考文獻 【1】李朝暉，楊新樺． 汽車新技術(shù)［M].重慶: 重慶大學出版社，2012. 【2】馮國勝，楊紹普.車輛現(xiàn)代設(shè)計方法.北京：科學出版社，2011. 【3】劉偉燕，王書偉.輕量化技術(shù)在汽車車身上的應(yīng)用 [J].汽車工程師，2011. 【4】張式程.汽車輕量化技術(shù)及其發(fā)展趨勢 [R].長沙：湖南大學，2011. 【5】陳力禾.汽車輕量化之鎂 [R].第7 屆CAE

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