中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹.ppt

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中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 中國(guó)重型汽車(chē)集團(tuán)有限公司 前言 近些年 隨著我國(guó)汽車(chē)保有量的快速增長(zhǎng) 加劇了我國(guó)石油資源的短缺 而其中汽車(chē)燃油消耗不僅是中國(guó)石油消費(fèi)總量中增長(zhǎng)最快的部分 而且所占份額將很快上升為第一位 因此 研制與開(kāi)發(fā)出排放更少 能耗更低 安全性更高的新一代汽車(chē)產(chǎn)品已成為汽車(chē)界的最大發(fā)展目標(biāo) 要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo) 汽車(chē)輕量化是必然的選擇 輕量化的意義 前言 汽車(chē)輕量化基本方法與特點(diǎn) 途徑 采用輕量化材料 高強(qiáng)度鋼板 鍍鋅鋼板 鋁鎂合金 復(fù)合材料等 優(yōu)化汽車(chē)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 使零部件薄壁化 中空化 小型化及復(fù)合化等 特點(diǎn) 汽車(chē)結(jié)構(gòu) 輕質(zhì)材料 制造工藝三者的密切結(jié)合 前言 目前 在汽車(chē)輕量化研究過(guò)程中 主要的研究多數(shù)集中于車(chē)身新材料 新工藝的研究 在材料替代方面有工程塑料 復(fù)合材料以及金屬合金等低密度材料和高強(qiáng)度鋼等高性能比材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用 在加工裝配方面采用先進(jìn)的加工工藝和聯(lián)接措施 減少輔助材料和零件的使用量 1990 2000年 美 日 德 等國(guó)汽車(chē)使用材料變化為Al合金5kg 270kg 輛 Mg合金0kg 200kg 輛 鋼鐵900kg 200kg 輛 有機(jī)材料115kg 200kg 輛 玻璃30kg 60kg 輛 整車(chē)重量降低 輕量化的要求使汽車(chē)材料構(gòu)成有了明顯變化 目前 在國(guó)內(nèi)外汽車(chē)上應(yīng)用較多的輕量化材料有鋁合金 鎂合金 高強(qiáng)度鋼 塑料及復(fù)合材料等 中國(guó)正在大力推行以人為本的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 汽車(chē)產(chǎn)業(yè)使用可持續(xù)應(yīng)用的材料無(wú)疑是中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保證 輕量化方法 輕量化材料 前言 目前 在汽車(chē)輕量化研究過(guò)程中 主要的研究多數(shù)集中于車(chē)身新材料 新工藝的研究 在材料替代方面有工程塑料 復(fù)合材料以及金屬合金等低密度材料和高強(qiáng)度鋼等高性能比材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用 在加工裝配方面采用先進(jìn)的加工工藝和聯(lián)接措施 減少輔助材料和零件的使用量 1990 2000年 美 日 德 等國(guó)汽車(chē)使用材料變化為Al合金5kg 270kg 輛 Mg合金0kg 200kg 輛 鋼鐵900kg 200kg 輛 有機(jī)材料115kg 200kg 輛 玻璃30kg 60kg 輛 整車(chē)重量降低 輕量化的要求使汽車(chē)材料構(gòu)成有了明顯變化 目前 在國(guó)內(nèi)外汽車(chē)上應(yīng)用較多的輕量化材料有鋁合金 鎂合金 高強(qiáng)度鋼 塑料及復(fù)合材料等 中國(guó)正在大力推行以人為本的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 汽車(chē)產(chǎn)業(yè)使用可持續(xù)應(yīng)用的材料無(wú)疑是中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保證 輕量化方法 輕量化材料 前言 以HOWO A7駕駛室白車(chē)身開(kāi)發(fā)為例介紹輕量化設(shè)計(jì)在中國(guó)重汽的應(yīng)用 本案例以有限元分析為基礎(chǔ) 駕駛室白車(chē)身的截面厚度為設(shè)計(jì)變量 質(zhì)量最輕為目標(biāo)函數(shù) 頂壓 后壓 前壓加載點(diǎn)位移為約束條件 對(duì)HOWO A7駕駛室進(jìn)行靈敏度分析 最后通過(guò)優(yōu)化部件截面厚度得到輕量化方案 并以ECE R29 關(guān)于對(duì)商用車(chē)駕駛室乘員保護(hù)方面的車(chē)輛認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定 為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輕量化方案與原方案做結(jié)構(gòu)安全對(duì)比分析 前言 優(yōu)化流程 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 1 模型建立 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 2 仿真分析2 1靜力分析 頂壓分析 頂壓分析邊界條件及載荷如圖所示 底部約束前端轉(zhuǎn)軸部分和后面支架下端 頂部壓力10000N通過(guò)RBE2單元作用于頂蓋上 下面是模型及分析結(jié)果圖 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 2 1靜力分析 后壓分析 后壓分析邊界條件及載荷如圖所示 底部約束前端轉(zhuǎn)軸部分和后面支架下端 后部壓力10000N通過(guò)RBE2單元作用于后壁上 下面是模型及分析結(jié)果圖 2 1靜力分析 前壓分析 前壓分析邊界條件及載荷如圖所示 底部約束前端轉(zhuǎn)軸部分和后面支架下端 前部壓力10000N通過(guò)RBE2單元作用于前防火墻上 下面是模型及分析結(jié)果圖 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 在上述頂壓 后壓 前壓靜力分析有限元模型基礎(chǔ)上進(jìn)行靈敏度分析 邊界條件及載荷均未改變 設(shè)計(jì)變量設(shè)定為駕駛室白車(chē)身部件厚度 約束變量設(shè)定為加載點(diǎn)位移 約束條件為加載點(diǎn)位移小于原方案 以質(zhì)量最小為目標(biāo)函數(shù) 做頂壓 后壓 前壓工況下的靈敏度分析 根據(jù)分析結(jié)果獲得頂壓 后壓 前壓工況下的部件設(shè)計(jì)變量ID號(hào)與靈敏度系數(shù)的曲線(xiàn) 如下圖所示 2 2靈敏度分析 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 靈敏度系數(shù)曲線(xiàn) 頂壓 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 靈敏度系數(shù)曲線(xiàn) 后壓 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 靈敏度系數(shù)曲線(xiàn) 前壓 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 根據(jù)上面列表中所得的設(shè)計(jì)變量ID號(hào) 得到對(duì)頂壓 后壓 前壓三種工況靈敏度系數(shù)較大的部件如圖 頂壓靈敏度系數(shù)較大的部件頂壓靈敏度系數(shù)較大的部件頂壓靈敏度系數(shù)較大的部件 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 靈敏度系數(shù)越大說(shuō)明改變等量位移所需改變質(zhì)量越少 從分析的得到的靈敏度系數(shù)可以看出優(yōu)化的重點(diǎn)應(yīng)為地板 立柱和覆蓋件 綜合頂壓 后壓 前壓加載點(diǎn)位移靈敏度系數(shù) 本著增加靈敏度系數(shù)比較大部件厚度 減少靈敏度系數(shù)較小部件的厚度的原則擬定出初步修改方案 修改部件厚度如下表所示 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 2 3改進(jìn)方案仿真分析 根據(jù)靈敏度系數(shù)進(jìn)行修改的結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果 經(jīng)過(guò)輕量化分析之后 駕駛室實(shí)現(xiàn)了減輕自重的目的 駕駛室質(zhì)量由507 4Kg降低至486 4Kg 減重4 1 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 3 4結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)證 通過(guò)安全分析對(duì)輕量化結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 4 結(jié)論 通過(guò)對(duì)駕駛室三種工況下的靈敏度分析 找到了對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大的部件 對(duì)這些部件進(jìn)行厚度的變化以減輕質(zhì)量 并且厚度變化范圍較小 對(duì)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三種工況的靜力分析 分析結(jié)果表明駕駛室的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有所提高 然后又進(jìn)行了動(dòng)態(tài)的仿真驗(yàn)證 即以ECER29的試驗(yàn)規(guī)程為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行仿真分析 分析結(jié)果表明輕量化之后 乘員的生存空間還有小幅增加 綜上 駕駛室經(jīng)過(guò)輕量化分析之后 新結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕了21Kg 減重比例為4 1 考慮到改變材料強(qiáng)度之后會(huì)帶來(lái)一系列的生產(chǎn)問(wèn)題 比如成本 模具等 因此本次分析中并未對(duì)駕駛室部件的材料強(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化分析 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 在多目標(biāo)的輕量化分析中 在保證駕駛室結(jié)構(gòu)安全的前提下 對(duì)駕駛室結(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)靈敏度分析 通過(guò)結(jié)構(gòu)和材料的優(yōu)化 成功使駕駛室 瘦身 21Kg 同時(shí)假人生存空間也有不同程度地提升 總結(jié) 中國(guó)重汽汽車(chē)輕量化實(shí)例介紹 歡迎到中國(guó)重汽集團(tuán)作客WELCOMETOSINOTRUK