汽車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計方法綜述

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1、汽車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計方法綜述  摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,汽車技術(shù)也日新月異。作為汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展方向——汽車結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)也隨之迅速發(fā)展。文章從新研發(fā)的輕量化材料以及采用新技術(shù)、新工藝等方面綜述了汽車結(jié)構(gòu)輕量化的設(shè)計方法。關(guān)鍵詞:汽車結(jié)構(gòu);輕量化設(shè)計;汽車材料中圖分類號:U462文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1009-2374(2013)21-0018-021汽車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的提出目前,國內(nèi)外汽車技術(shù)的發(fā)展主要有以下三個方面的趨勢:一是輕量化;二是環(huán)保;三是安全。現(xiàn)在,人們已經(jīng)漸漸認識到,想要讓汽車工業(yè)長久

2、發(fā)展下去,就要走可持續(xù)發(fā)展之路??沙掷m(xù)發(fā)展之路一個很明顯的要求就是要節(jié)約資源,減少消耗。針對汽車工業(yè),為了達到這樣的要求,就必須采取提高發(fā)動機的效率、改善傳動機構(gòu)或者降低車身重量等方法。其中降低車體重量的一個重要方法就是汽車結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計,其可以顯著減輕汽車的重量。在現(xiàn)實生活中,無論是普通的柴油汽油汽車、電驅(qū)動汽車還是燃氣驅(qū)動汽車,車身機構(gòu)輕量化都有極為重要的意義。汽車行業(yè)一直在追求舒適、安全、快速,而為了達到這一目標(biāo),汽車輕量化是最佳途徑之一。82汽車材料的輕量化2.1高強度鋼在汽車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計中的

3、應(yīng)用8在汽車結(jié)構(gòu)中,使用最多的材料就是鋼。因此,利用高強度鋼來減少汽車結(jié)構(gòu)中鋼的使用,對于汽車結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計有重要意義。一般來說,鋼的強化途徑主要有以下五種:一是加碳強化。由于鋼中含碳的百分比不同其剛度也不同,因此想要得到高強度鋼就需要控制鋼中碳的含量。為此,必須適當(dāng)增加鋼中珠光體的含量,降低鐵素體的含量;二是合金強化,在鋼中添加合金元素可以大大增加鋼的強度,而且不同的合金元素能夠使鋼所具有的性能也不同,能夠大大擴大鋼的適用范圍;三是固溶強化,即在鋼中添加磷、硅或者錳等元素來加強鋼的強度的方法;四是熱處

4、理強化。一般來說,鋼在經(jīng)過一定順序的冷熱交替處理之后,其金相組織的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化,從而使鋼的強度增加。另外,熱處理還可以使鋼內(nèi)碳等元素的含量發(fā)生變化,從而可以使鋼內(nèi)部形成一層一層地具有不同性質(zhì)的結(jié)構(gòu);五是應(yīng)力強化,鋼在受到一定限度內(nèi)的拉力之后,其屈服強度可能會提高。因為鋼在受到一定限度內(nèi)的應(yīng)力后表面會存在殘余應(yīng)力,這種應(yīng)力可以抵消鋼在今后使用中受到的彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等。高強度鋼主要是用于制造汽車的外殼和結(jié)構(gòu)件,其優(yōu)點是經(jīng)濟性好、強度較大;但是其缺點也比較明顯,就是耐腐蝕性差。由于鋁合金、鎂合金等新型材料

5、具有各自不同的使用限制,高強度鋼依舊在很長一段時間將是汽車的主要制造材料。2.2球墨鑄鐵在汽車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計中的應(yīng)用球墨鑄鐵在同體積下的重量約為鋼的百分之九十,因此,在汽車結(jié)構(gòu)中使用球墨鑄鐵代替鋼可以顯著降低車體的重量?,F(xiàn)在世界各國的汽車研發(fā)機構(gòu)和生產(chǎn)商都在嘗試在汽車結(jié)構(gòu)中使用球墨鑄鐵來代替鋼。另外,球墨鑄鐵由于其獨特的性質(zhì),可以將多個零件集成為一個零件。2.3鋁及鋁合金在汽車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計中的應(yīng)用合理使用鋁來代替鋼是有可能減少汽車結(jié)構(gòu)的重量的,但是鋁的強度和楊氏模量都比鋼要低,因此使用起來相對比較困難的

6、。為了能使鋁在汽車結(jié)構(gòu)中代替鋼,人們正在進行新的汽車鋁材研發(fā),主要的研發(fā)集中在三個方面:一是整個車身或者大型鋁材的研發(fā);二是車門等汽車剛性結(jié)構(gòu)的全鋁化;三是汽車部分零件的全鋁化。在理想情況下,汽車零件中使用鋁代替鋼可以使汽車的零件減重30%~50%,而汽車結(jié)構(gòu)全鋁化可以使整個汽車減重30%~40%。從經(jīng)濟方面來考慮,如果汽車全鋁化實現(xiàn)60%以上時,這樣的方案是可取的。當(dāng)然,使用鋁作為汽車的主要材料目前還有很多不成熟的地方,比如鋁的抗承載能力相對較弱、鋁的加工難度相對較大等,這都是未來汽車行業(yè)需要解決的問題

7、??傊?,未來汽車結(jié)構(gòu)中鋁代替鋼是一種必然的趨勢。2.4鎂及鎂合金在汽車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計中的應(yīng)用8鎂的密度比較小,是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu),但是其強度比鋼要大,且機加工性能好,耐腐蝕性強,其減振性等也遠遠高于鋁合金,毫無疑問,集各種優(yōu)良屬性于一體的鎂是汽車結(jié)構(gòu)輕量化材料最好的選擇之一。另外,鎂合金的低密度、低熔點等的特點使其具有熔化耗能少、充型變速快等優(yōu)點,非常適合被應(yīng)用于復(fù)雜加工成型。因此,在汽車機構(gòu)輕量化的設(shè)計過程中,選擇鎂合金代替鋼、鋁合金等材料不僅可以進一步降低車體的重量,還可以在保持車體強度的基礎(chǔ)上具有

8、更多的優(yōu)良特性。而且鎂合金還有一個非常優(yōu)良的特性,就是容易回收利用。目前,美國一些著名汽車公司——通用等都在嘗試在汽車結(jié)構(gòu)中更多地加入鎂合金。在全球都看好鎂及鎂合金將在汽車行業(yè)中被廣泛應(yīng)用的大前提下,相信在不久的將來,鎂及鎂合金或許將成為重要的汽車制造材料。2.5鈦合金在汽車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計中的應(yīng)用8鈦作為一種稀有金屬,其熔點有1600多℃,可以作為耐熱材料。并且鈦具有良好的機械性質(zhì)和耐腐蝕性,其強度也是常用工程材料中最高的。利

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