车身结构设计要点分解
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h的纵向摆锤撞击 –5km/h的30度角摆锤撞击 –8km/h的纵向障碍物撞击
8.5 车身结构设计准则
• 座位组件
– 头部保护装置 –座位总成 –座椅安全带固定装置
8.6 车身结构分析-结构的理想化
• 车身结构分析的难点-构造的复杂性
– 边界条件复杂 – 横截面的变化 – 板材厚度的变化 –...
– 提出了对汽车的基本需求
• • • • 经济 耐久、可靠 舒适、吸引人 操纵、使用安全
8.2 车身结构设计的发展历史
–1926年开始出现车身造型 设计的实践 – 借助于试验和其它的一些基本工具，对车身的 结构进行了有效的设计 – 汽车的基本结构已定型
8.2 车身结构设计的发展历史
• 安全时期（1956-1970）
8.2 车身结构设计的发展历史
• 向自行驱动的车辆过渡
– 三轮电能驱动车 – 蒸汽机驱动的四轮车 – 内燃机驱动的车
• 荷兰人Christiaan Huygens • 法国人Etienne Lenoir • 德国人Nicholas A. Otto
– 英国人Lanchester
• 根据基本原理进行功能性设计
汽车车身设计 Automotive Body Design
Dept. of Automotive Engineering Jiangsu University
主要内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 车身结构设计 车身骨架设计 板壳零件 结构工艺性 耐腐蚀性 弹性振动与隔震 噪声控制
第8章 车身结构设计
– 着重考虑如何减轻汽车碰撞后的后果 – 美国颁布了安全法规 – 结构设计仍然以实验方法为主，开始研究计算 分析的理论和工程方法
8.2 车身结构设计的发展历史
• 计算机结构分析时期（1970年以后）
– 特定构件的应力计算 – 有限元方法
8.3 车身结构设计主要内容
• 车身结构设计的主要内容
– 功能设计
– 散热器支架
• 用约束模拟螺栓的固紧状况 • 有216个节点和144个平板单元
8.9 车身结构设计步骤
1. 确定车体的构件组成，分出主要、次要件，其 目标是：使车体成为一个连续的完整的受力系 统。 2. 确定主要杆件的截面型式-闭或开式； 3. 确定截面的构成方式、与其它部件的配合关系、 密封和外形的要求、内、外装饰板的固定方法 以及相关的制造方法； 4. 绘制截面过渡草图 5. 化分分总成，分块； 6. 应力计算； 7. 绘制零件图。
车辆行驶模型
8.5 车身结构设计准则
• 乘客满意度准则
– 平顺性 – 噪声环境
• 安全准则
– 汽车安全标准
• • • • 减少伤害的可能性 将乘员被从车内抛出的可能性降至最小 保证与安全有关的零件有足够的强度 将火灾的危险降至最低
8.5 车身结构设计准则
• 整车结构
–48.3km/h正面固定障碍物冲击（FMVSS204、 FMVSS212、301）
– 钢管铜焊构成车架...
8.2 车身结构设计的发展历史
• 大量生产时期（1900-1927年）
– 大约五百多家汽车生产公司 –1929年：产生了“设计”车身结构以使汽车 有较轻重量的“需要”。 –1900年出现了第一个金属车身专利 –主体仍然是木、钢结构的车身
8.2 车身结构设计的发展历史
• 美观和舒适的时期（1927-1956年）
– 重量轻，需要能量最小 – 具有抵御空气动力阻力的能力 – 提供对乘员的安全保护 – 所用材料来源丰富，价格低廉，便于高效率 地制造和装配 – 汽车使用寿命后材料应能再循环和使用 – 满足各种环境下的使用要求 – 成本低，以使千百万人能够买得起
8.5 车身结构设计准则
• 工作负荷
– 运行谱
• 平均运行工况 • 运行速度分布 • 超载形状-动力负荷造成的疲劳损坏
8.8 车架模型
• 纵梁：承受弯曲负荷 • 横梁：提供基本的扭转约束 • 难点：断面形状突然变化处会出现梁转 角的急剧变化，一般用允许变形后轴线 斜角不连续的旋转弹簧来模拟。 • 局部柔量：影响总体结构响应的局部变 形，通常发生在集中载荷和结构的连接 处。
保险杠
立柱
前板金件
应力分析
• 确定结构形状及其应力分布 • 实例
8.10 车身骨架设计
(1) 骨架设计的基本要求
强度
刚度
(2) 骨架设计的基本 要求 – 刚度不足有什 么问题？ • 变形 • 噪音 – 强度不够有什 么问题？ • 裂纹 • 疲劳断裂
• 如支撑发动机、变速箱等
– 性能设计
• 如安全性、噪音控制等
8.4 车身结构设计的基本约束和目标
– 车身结构必须能够承受在其整个使用寿命周期 内可能遇到的所有静力和动力负荷 – 必须提供一个舒适惬意的车内空间、满意的行 驶平顺性、操纵稳定性以及对大自然的影响的 抵御能力 – 必须提供对车内外噪音源的隔音 – 必须保证驾驶员和乘客有适当的可见度
• 转向机向后位移 • 挡风玻璃安装条 • 燃料系的完整性
–48.3km/h后面移动障碍物冲击（FMVSS301） –32.2km/h侧向移动障碍物冲击（FMVSS301） –车顶撞压抗力试验
8.5 车身结构设计准则
• 车门零部件
– 侧门强度（FMVSS214） – 门锁组件（FMVSS206）
• 难以获得精确的解析解
8.6 结构的理想化
• 用离散的模型代替连续的模型 • 用有限元的方法对车身进行结构分析 • 基本工作过程
– 基本量：单元 – 总体结构：单元的装配
• 位移的转换 • 力和刚度的转换
车身结构有限元模型实例
• 车身二维模型
– 考虑正面加载、弯曲、顶面加载和立柱加载
8.7 车身总成模型
8.1 什么是车身结构设计？
– 车身结构设计之前已完成工作
• 汽车总体设计 • 车身总布置设计 • 车身外形和内饰设计
– 完成构成车身的结构件的形状、尺寸以及结构 件之间联接关系的设计
8.2 车身结构设计的发展历史
• 自行车--汽车的技术先驱
– 第一种大量生产、用于人员运输的机器 –1816-1818首次将两轮车的思想变为实物 –1885年，现代自行车的基本型在商业上获得成 功 –由此出现的种种变革的要求为汽车的出现奠定 了基础
8.5 车身结构设计准则
• 座位组件
– 头部保护装置 –座位总成 –座椅安全带固定装置
8.6 车身结构分析-结构的理想化
• 车身结构分析的难点-构造的复杂性
– 边界条件复杂 – 横截面的变化 – 板材厚度的变化 –...
– 提出了对汽车的基本需求
• • • • 经济 耐久、可靠 舒适、吸引人 操纵、使用安全
8.2 车身结构设计的发展历史
–1926年开始出现车身造型 设计的实践 – 借助于试验和其它的一些基本工具，对车身的 结构进行了有效的设计 – 汽车的基本结构已定型
8.2 车身结构设计的发展历史
• 安全时期（1956-1970）
8.2 车身结构设计的发展历史
• 向自行驱动的车辆过渡
– 三轮电能驱动车 – 蒸汽机驱动的四轮车 – 内燃机驱动的车
• 荷兰人Christiaan Huygens • 法国人Etienne Lenoir • 德国人Nicholas A. Otto
– 英国人Lanchester
• 根据基本原理进行功能性设计
汽车车身设计 Automotive Body Design
Dept. of Automotive Engineering Jiangsu University
主要内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 车身结构设计 车身骨架设计 板壳零件 结构工艺性 耐腐蚀性 弹性振动与隔震 噪声控制
第8章 车身结构设计
– 着重考虑如何减轻汽车碰撞后的后果 – 美国颁布了安全法规 – 结构设计仍然以实验方法为主，开始研究计算 分析的理论和工程方法
8.2 车身结构设计的发展历史
• 计算机结构分析时期（1970年以后）
– 特定构件的应力计算 – 有限元方法
8.3 车身结构设计主要内容
• 车身结构设计的主要内容
– 功能设计
– 散热器支架
• 用约束模拟螺栓的固紧状况 • 有216个节点和144个平板单元
8.9 车身结构设计步骤
1. 确定车体的构件组成，分出主要、次要件，其 目标是：使车体成为一个连续的完整的受力系 统。 2. 确定主要杆件的截面型式-闭或开式； 3. 确定截面的构成方式、与其它部件的配合关系、 密封和外形的要求、内、外装饰板的固定方法 以及相关的制造方法； 4. 绘制截面过渡草图 5. 化分分总成，分块； 6. 应力计算； 7. 绘制零件图。
车辆行驶模型
8.5 车身结构设计准则
• 乘客满意度准则
– 平顺性 – 噪声环境
• 安全准则
– 汽车安全标准
• • • • 减少伤害的可能性 将乘员被从车内抛出的可能性降至最小 保证与安全有关的零件有足够的强度 将火灾的危险降至最低
8.5 车身结构设计准则
• 整车结构
–48.3km/h正面固定障碍物冲击（FMVSS204、 FMVSS212、301）
– 钢管铜焊构成车架...
8.2 车身结构设计的发展历史
• 大量生产时期（1900-1927年）
– 大约五百多家汽车生产公司 –1929年：产生了“设计”车身结构以使汽车 有较轻重量的“需要”。 –1900年出现了第一个金属车身专利 –主体仍然是木、钢结构的车身
8.2 车身结构设计的发展历史
• 美观和舒适的时期（1927-1956年）
– 重量轻，需要能量最小 – 具有抵御空气动力阻力的能力 – 提供对乘员的安全保护 – 所用材料来源丰富，价格低廉，便于高效率 地制造和装配 – 汽车使用寿命后材料应能再循环和使用 – 满足各种环境下的使用要求 – 成本低，以使千百万人能够买得起
8.5 车身结构设计准则
• 工作负荷
– 运行谱
• 平均运行工况 • 运行速度分布 • 超载形状-动力负荷造成的疲劳损坏
8.8 车架模型
• 纵梁：承受弯曲负荷 • 横梁：提供基本的扭转约束 • 难点：断面形状突然变化处会出现梁转 角的急剧变化，一般用允许变形后轴线 斜角不连续的旋转弹簧来模拟。 • 局部柔量：影响总体结构响应的局部变 形，通常发生在集中载荷和结构的连接 处。
保险杠
立柱
前板金件
应力分析
• 确定结构形状及其应力分布 • 实例
8.10 车身骨架设计
(1) 骨架设计的基本要求
强度
刚度
(2) 骨架设计的基本 要求 – 刚度不足有什 么问题？ • 变形 • 噪音 – 强度不够有什 么问题？ • 裂纹 • 疲劳断裂
• 如支撑发动机、变速箱等
– 性能设计
• 如安全性、噪音控制等
8.4 车身结构设计的基本约束和目标
– 车身结构必须能够承受在其整个使用寿命周期 内可能遇到的所有静力和动力负荷 – 必须提供一个舒适惬意的车内空间、满意的行 驶平顺性、操纵稳定性以及对大自然的影响的 抵御能力 – 必须提供对车内外噪音源的隔音 – 必须保证驾驶员和乘客有适当的可见度
• 转向机向后位移 • 挡风玻璃安装条 • 燃料系的完整性
–48.3km/h后面移动障碍物冲击（FMVSS301） –32.2km/h侧向移动障碍物冲击（FMVSS301） –车顶撞压抗力试验
8.5 车身结构设计准则
• 车门零部件
– 侧门强度（FMVSS214） – 门锁组件（FMVSS206）
• 难以获得精确的解析解
8.6 结构的理想化
• 用离散的模型代替连续的模型 • 用有限元的方法对车身进行结构分析 • 基本工作过程
– 基本量：单元 – 总体结构：单元的装配
• 位移的转换 • 力和刚度的转换
车身结构有限元模型实例
• 车身二维模型
– 考虑正面加载、弯曲、顶面加载和立柱加载
8.7 车身总成模型
8.1 什么是车身结构设计？
– 车身结构设计之前已完成工作
• 汽车总体设计 • 车身总布置设计 • 车身外形和内饰设计
– 完成构成车身的结构件的形状、尺寸以及结构 件之间联接关系的设计
8.2 车身结构设计的发展历史
• 自行车--汽车的技术先驱
– 第一种大量生产、用于人员运输的机器 –1816-1818首次将两轮车的思想变为实物 –1885年，现代自行车的基本型在商业上获得成 功 –由此出现的种种变革的要求为汽车的出现奠定 了基础