汽车车身结构及材料

2024-06-12

汽车车身结构及材料（精选6篇）

篇1：汽车车身结构及材料

宿迁技师学院

退役士兵教育培训教案

课题：汽车车身结构总 80 课时，第 1-2 课时教学目的、要求：

1、掌握承载式车身结构组成

2、掌握非承载式车身结构组成

能力目标：培养学生对汽车车身结构、构造的感知能力。教学重点：承载式车身结构认知；非承载式车身结构认知教学难点：培养学生对汽车车身结构、构造的感知能力授课方法：讲授法

教具（含电教设备）：多媒体教学内容：

汽车车身结构及材料

（讲授新课）

汽车表面修理的对象是汽车车身。了解汽车车身的特点，对顺利地从事汽车钣金、涂装和美容是十分必要的。

随着新技术、新工艺、新材料的开发与研究，汽车车身正以安全、节油、舒适、耐用等技术为主导，以适应世界经济发展为潮流，以精致的艺术品获得美的感受而点缀着人们的生活环境。

一、非承载式车身

非承载式车身的主要特征是：车身下面有足够强度和刚度的独立车架，车身以弹性元件与车架相连，如图1-1。

二、半承载式车身

车身与车架是用焊接、铆接或螺钉连接的，载荷主要由车架承受，车身也承受一部

分。这种结构车身是为了避免非承载式车身相对于车架位移时发出的噪声而设计的。由于重量大，现在很少采用。

三、承载式车身

承载式车身又称为整体式车身，车身代替车架来承受全部载荷，如图1-2。

轿车普遍采用承载式车身结构，图所示为承载式车身上典型零部件。

通常整个车身壳体按强度等级分为三段，如图所示，图中A、B、C分别代表车身前部、中部及后部。

轿车车身壳体通常也分为三段，即由前车身、中间车身和后车身三大部分及相关构件组成。

1、前车身

（1）前保险杠：典型前保险杠结构如图。

（2）前翼子板：

前翼子板位于汽车发动机罩侧下部，前轮上部，是重要车身装饰件，主要部件一般采用薄钢板冲压制造，如图1-7。

（3）发动机罩：

发动机罩位于车辆前上部，是发动机舱的维护盖板，如上图。

（4）前围板：前围板位于乘客室前部，通过前围板使发动机室与乘客室分开。

（5）前纵梁：前纵梁是前车身的主要强度件，直接焊接在车身下部。其上再焊接轮罩（有的前轮罩与前纵梁为一体式）等构件，如图1-8所示。

2、中间车身：

中间车身的立柱起着支撑风窗和车顶的作用，一般下部做的粗大，上部的截面尺寸需要考虑驾驶视野而缩小。立柱包括前柱（A柱）、中柱（B柱）与后柱（C柱）三种。

（1）立柱/门槛板/地板：

图1-9所示为立柱/门槛板/地板位置及车身加强件示意图。

（2）车顶：

车顶是指车身车厢顶部的盖板，其上可能装备有天窗、换气窗或天线等，如图1-10。车顶主要由车顶板、车顶内衬、横梁（可能有前横梁、后横梁、加强肋等组成），有的车型还备有车顶行李架。

电动式天窗一般由天窗框架、天窗玻璃、天窗遮阳板、天窗导轨、驱动电机等零件组成。

（3）车门：

车门是乘员上下的通道，其上还装有门锁、玻璃、玻璃升降器等附属设施，车门框架是车门的主要钢架，铰链、玻璃、把手等部件安装在门框架上。车门及附件主要包括车门板（车门外板和车门内板）、车门内饰板、车门密封条、车门铰链（一般包括车门上铰链、下铰链）、车门锁总成等零件组成，如图1-11。

3、后车身：

轿车后车身是用于放置物品的部分，可以说是中间车身侧体的延长部分。三厢式车的乘客室与行李箱是分开的，如图1-12a所示；而两厢车的行李箱则与乘客室合二为一，如图1-12b所示。

（1）行李箱和行李箱盖：

行李箱是装载物品的空间，是由行李箱组件与车身地板钣金件构成。行李箱基本位于轿车车身的后部，因此又俗称为后备箱。行李箱盖位置如图1-13。（2）后侧板：

后侧板是指后门框以后的遮盖后车轮及后侧车身的车身钣金件，如图1-14所示。（3）后保险杠：

后保险杠是指位于车辆车身的尾部，起到装饰、防护车辆后部零件的作用，如图1-14所示。

后保险杠主要包括保险杠外皮、保险杠杠体、保险杠加强件、保险杠固定支架以及保险杠装饰条，典型后保险杠如图1-15所示。

(课堂小结)

一、非承载式车身

二、半承载式车身

三、承载式车身

1、前车身

（1）前保险杠：

（2）前翼子板：（3）发动机罩：（4）前围板：（5）前纵梁：

2、中间车身：

（1）立柱/门槛板/地板：（2）车顶：

（3）车门：

3、后车身：

（1）行李箱和行李箱盖：（2）后侧板：（3）后保险杠：

（布置作业）

1.2.3.4.叙述车身各部分的主要构件及相互作用？

轿车的车身结构按外形分为哪几种？各有何特点？车身的壳体包括哪几部分？轿车车身覆盖件有哪些？ 6

宿迁技师学院

篇2：汽车车身结构及材料

一、车身材料概述

多人认为，车身安全不安全，重要是车身牢固不牢固，钢板厚度越厚，也就越安全。但现代的轿车设计恰恰不是这样考虑，设计者从力学研究的角度出发，该柔软的地方就柔软，该刚硬的地方就刚硬，根据不同的受力状况，让部分车体在碰撞时起到吸能分散的作用，尽量减弱冲击力。已达到最大限度的保护驾驶员及成员的目的。在全球汽车厂商都在尽可能追求轻量化车身的条件下，保证乘员舱的坚固程度，减少撞击力对乘员的伤害，车身结构的作用非常关键采用吸能车身，在碰撞中通过前后的吸能区缓冲撞击力的强度，同时以高刚性的驾驶员舱为乘员提供了充分的生存空间。

汽车车身外壳绝大部分是金属材料，主要用钢板。早期的轿车车身沿用了马车车身结构，整个车身以木材料为主。1912年由爱德华.巴特首次制成了全金属的车身，1925年文森卓.兰西亚发明了承载式车身，车身由钢板冲压成型的金属结构件和大型复盖件组成，这种金属结构的车身一直沿用至今，得到不断的完善和发展。进入二十一世纪之后，节能减排的呼声越来越高，轻量化车身被推向高潮，高分子材料、铝合金、全铝等新型材料成为汽车车壳材料的新贵，走向人们的生产生活。

二、汽车车身材料分类

2.1镀锌薄钢板车身

从20世纪70年代开始轿车车身钢板采用镀锌薄钢板。镀锌薄钢板广泛应用在汽车上，这是因为它有良好的抗腐蚀能力。早年人们在试验中发现，将铁和锌放人盐水中，二者无任何导线联结时，铁和锌都会生锈，铁生红锈，锌生“白锈”；若在二者间用导线联结起来，则铁不会生锈而锌生“白锈”，这样锌就保护了铁，这种现象叫牺牲阳极保护。工程师正是将这种现象运用到实际生产中，生产了镀锌钢板。

在近代，轿车已经广泛使用镀锌钢板，采用的镀锌钢板厚度从0.5至3.0毫米，其中车身复盖件多用0.6至0.8毫米的镀锌钢板。德国奥迪轿车的车身部件绝大部分采用镀锌钢板（部分用铝合金板），美国别克轿车采用的钢板80%以上是双面热镀锌钢板，上海帕萨特车身的外复盖件采用电镀锌工艺，内复盖件内部采用热镀锌工艺，可以使车身防锈蚀保质期长达11年。

2.2普通低碳钢版车身

在现代，汽车生产中，使用得最多的还是普通低碳钢板。低碳钢板具有很好的塑性加工性能，强度和刚度也能满足汽车车身的要求，同时能满足车身拼焊的要求，因此在汽车车身上应用很广。为了满足汽车制造业追求轻量化的要求，钢铁企业推出高强度汽车钢材系列钢板。这种高强度钢板是在低碳钢板的基础上采用强化方法得到的，抗拉强度得到大幅增强。利用高强度特性，可以在厚度减薄的情况下依然保持汽车车身的机械性能要求，从而减轻了汽车重量。例如BH钢板是在低强度的条件下，经过冲压成形之后，进行烤漆加工热处理，以提高其抗拉强度。对比之下，以往生产的强度在440MPa的钢板，在采用这种加工技术以后强度可增加到 500MPa。原来用厚度1毫米钢板做侧面板，用高强度钢板只需厚度0.8毫米。采用高强度钢板还可以有效地提高汽车车身的抗冲击性能，防止在行驶中由于路面的砂石飞溅碰撞产生凹痕，延长了汽车的使用寿命。

2.3全铝制车身

铝合金优异的延展性、只有钢材一半的密度和良好的耐腐蚀性都成为轻量化结构的首选材料。在很多人的印象中铝代表的是柔软易变形，我想这种想法多来自于易拉罐、铝锅等日常铝制品。而实际航空级铝合金的机械性能甚至要超过钢铁，以比较常见的7075铝合金为例，它的抗拉强度是560MPa，不比前面提到钢材强度低。

而同样的重量的钢和铝，铝体积更大，可以在不增加重量的前提下增加结构强度。而且目前的铝制车身多采用厚壁锻铝梁焊接而成，就结构强度和刚度而言要比冲压薄钢更有优势，且机构的整体稳定性更好，在非设计受力方向受力时有更大的冗余度。此外，铝合金在大气环境下几乎不被腐蚀，可以无途装使用，不过处于美观的考虑，铝制车身依然会涂装上不同颜色的涂料。如奥迪现在的A6、Q7、A8、R8、TT等高端豪华车型及路虎的新一代揽胜和揽胜运动版都采用全铝制的车身结构，在保证车身刚性的同时发挥良好的行驶性能。新揽胜基本可以算是全铝车身了，其中B柱内板、C柱内板和D柱内板采用了热成形技术。该车型中铝合金应用以变形铝合金为主，其中铝板用量达到 74%，结构件采用挤压型材。压铸造铝合金应用主要解决一些较为复杂的或深冲的零件，尤其是减震器支座压铸铝合金的应用，面前在宝马、奔驰等车型上应用已非常成熟，此零件充分应用了压铸铝合金的优势，在此处可以实现将十几个冲压件的集成为一个压铸件，采用压铸工艺，可以提高尺寸的精度，降低模具的费用。

2.4碳纤维车身

随着航空技术的发展，在制造飞机时需要一种更轻更坚固的材料，这时金属材料已经无法满足航空工业的需求了，而由一种纤维材料取而代之。最早碳纤维在汽车领域主要应用在赛车上，直到现在也只有超跑级别的车辆用的上碳纤维。碳纤维是一种纤维丝状的材料，在制作成型时需要像织布一样纺织成片状，用有机胶浸润成形并固化，制作过程类似于玻璃钢。碳纤维具有绝佳的韧性和抗拉强度，且重量只有钢的1/4。轻量、高强的特性正是高性能车所需的，目前法拉利、兰博基尼等超跑的车身由碳纤维制成。不过碳纤维缺乏延展性是其缺点，在受到超出极限的冲击时碳纤维结构会如同玻璃一样破碎。而且碳纤维与其它材料的连接也是个问题，使用传统的栓接，连接孔周围很容易产生裂纹。碳纤维材料的制造成本居高不下也是限制其应用的一个方面，即使是在航空领域碳纤维的应用也比较有限。

新车示例：兰博基尼Aventador的驾驶室采用了碳纤维聚合材料打造，达到了轻便和高强度的完美结合，这一部分的重量仅仅为147.5公斤，而整个新车的白车身也仅仅只有229.5公斤重。同时，借由全新材料的特性，其结构的抗扭强度可以达到35000Nm。

2.5新型高分子复合材料

高分子汽车材料有很多以往传统材料没有的优点。主要表现在重量轻、有良好的外观装饰效果、有多种实际应用功能、有良好的理化性能、容易加工成型、节约能源，可持续利用等各方面。塑料、复合材料、可降解材料也是未来车身材料的发展方向，塑料良好的可塑性和弹性变形利于加工和降低碰撞损失，目前塑料广泛用于保险杠翼子板等易损部件，较低的造价的也令维修和更换十分便利。如日产SUV奇骏用塑料做前翼子板，悍马H2车型的发动机仓盖运用高强度塑料，甚至丰田的超级跑车LFA全车都采用轻量化的高分子材料做成。

三、汽车车身材料未来发展方向

未来轻金属、复合材料等是车身材料的发展趋势，目前各国都广泛开展对于这些新材料车用化的研究，特别是要求轻量化的小型乘用车。相信未来一段时间车身材料会有一个飞跃式的发展，并且更加向航空领域贴近，更轻、更强仍然是车身材料的发展方向

（1)铝、镁合金在汽车车身中的应用逐年增加，在不久的将来，批量生产的全铝汽车车身将出现，特别是在欧美地区，铝、镁合金在车身材料的构成中将占主导地位；铝制车身的缺点是自身造价较高，成型和焊接工艺都比较复杂，且变形后不能通过钣金修复，只能更换变形部件，维修成本居高不下。但个人比较看好铝制车身，轻量化且高强度的车身比传统钢制车身更坚固，且不用担心腐蚀造成的强度降低。另外铝制车身的结构设计局更合理，承力结构与非承力结构几乎独立，轻质合金车身的前景值得期待。

篇3：汽车车身结构及材料

随着汽车的普及, 如何降低其燃油量和尾气的排放量开始引起社会的广泛关注, 其中减轻汽车的重量, 实现汽车的轻量化是一种非常重要的方式。目前, 国际上主要采用轻量化的材料来达到减汽车重量的目标, 因此, 选择高强度钢材在汽车耐碰撞性和轻量化设计中具有重要意义。同时, 随着人们安全意识的逐渐增强, 人们对汽车的安全性能提出了更高的要求。有相关的调查数据显示, 正面碰撞的发生率在交通安全事故中居于首位, 伤亡的严重程度也最高, 所以本文从汽车车身结构安全部件的材料匹配方面对如何提高汽车设计的安全性进行了论述。

1 汽车碰撞的安全性设计原则

在正面碰撞中, 要保障汽车的安全性, 对汽车结构的吸能特性提出了较高的要求。这样, 在车辆碰撞的过程中, 如果汽车具有良好的吸收动能, 就可以满足车体的加速度和入侵控制的良好匹配。

正因如此, 所以在汽车正面碰撞的安全设计需要坚持如下原则:第一, 将乘员舱的加速度参数控制在较小的范围内, 避免乘员受到较大的冲击;第二, 将前围板的侵入量设置为较低的数值, 同样保持较低的转向柱后移量, 用来增加成员的生存空间, 保护乘坐人员的生命安全。

2 汽车车身结构安全部件材料匹配优化设计的主要方法

由于汽车正面碰撞设计的对象具有较大的随意性, 而且没有充分考虑到材料的厚度和交互性影响。所以为了提高设计方案的完整性, 我们对汽车车身结构中具有重要作用的安全部件材料的优化匹配设计进行了讨论分析。这种设计方法的具体步骤如下:

第一, 选择相关的安全设计部件。在选择安全部件之前, 需要先计算出传力路径, 对能量分布进行分析, 然后才能通过的敏感度的评价分析, 提高设计的准确性, 确定在汽车的正面碰撞中, 会对其安全性产生较大影响的部件, 并将其作为主要的设计对象。通过上述方法, 就可以有效解决设计对象难以确定的问题。

第二, 根据已经确定的设计对象, 建立比较相近的模型来择优选择, 同时对多个目标材料的厚度和交互性进行优化, 这样就能够实现材料厚度的离散以及连续变量的混合优化。

3 汽车车身结构关键安全部件的选择

3.1 建立汽车正面碰撞的仿真模型

我们将Ford Taurus轿车的整车模型作为整车碰撞的有限元模型。为了对这一仿真模型的有效性进行验证, 我们将某型号的汽车作为对象, 进行了正面碰撞实验。本次实验是由美国的国家碰撞中心安排的, 具有较高的可信度。

将本次实验的结果和仿真后左右后座椅的平均加速度曲线进行比较, 结合碰撞之后的汽车变形情况。

汽车碰撞实验得到的结果和仿真的结果具有较高的一致性。因此可以证明, 利用仿真模型进行计算, 可以保障计算的精确性, 可以用来代替真实的实验, 为相关研究提供方便。

3.2 分析传力路径

主要的传力路径主要有3 种, 具体如下:第一, 如果汽车和正前方汽车的刚性壁障发生碰撞, 那么就会导致汽车的前保险杠发生变形。此时, 汽车受力就会传递到上纵梁, 然后再传到A柱的上端, 最后向后。第二, 当汽车和前面的刚性壁障发生碰撞时, 前保险杠会变形。此时, 汽车所受到的力就会经过前纵梁, 传导到A柱的下端、地板纵梁和门槛梁等部位, 然后继续向后传递。第三, 在碰撞发生后, 前轮胎会对A柱的下端产生作用力, 这样前轮受到的力就会直接传递到A柱的下端, 然后再到门槛梁, 接着向后传递。

3.3 分析能量分布

通过对传力路径上主要部件的能量分析, 确定哪些部件在传力路径上起到了主要的吸能作用, 进而确定正碰过程中的相关部件。A柱上端的吸能明显小于A柱下端, 因此可以判断在乘员舱部分的吸能主要由车辆下部传力路径承担, 同时通过各部件能量占比可以进一步确定正碰过程中的主要相关部件。

4 结束语

综上所述, 在汽车车身结构安全部件的匹配设计中, 本文采用的方法具有显著优势, 不仅可以大幅度提升汽车正面的耐碰撞性能, 而且有助于减轻车身整体结构的重量, 优化性能。由此看来, 汽车车身结构安全部件的匹配优化设计方法具有准确性和有效性的特点, 可以有效地指导汽车的车身设计, 缩短汽车产品的研发周期, 提高汽车车身设计的安全性。

摘要：虽然汽车产业取得了迅速发展, 汽车逐渐普及, 设计水平也有显著提升, 但是从汽车车身结构安全部件材料匹配的设计现状来看, 还存在很多问题, 其中表现最突出的就是安全部件的选择具有较大的盲目性, 在优化设计的过程中, 对材料的厚度和交互性没有进行充分考虑。为了解决这些问题, 提高汽车车身结构安全部件的设计水平, 本文从碰撞安全性、关键安全部件的选择等方面进行了讨论和分析。

关键词：汽车车身结构安,安全部件,材料匹配,优化设计

参考文献

[1]姚宙, 李光耀, 李方义.基于遗传算法与仿真的偏置碰撞安全结构改进研究[J].中国机械工程, 2010, 06 (22) :2755-2760.

[2]张友根.基于新常态战略的汽车塑料工程绿塑创新驱动的分析研究[J].橡塑技术与装备, 2015, 14 (20) :20-50.

[3]王金轮, 兰凤崇, 陈吉清.考虑材料变形路径及应变率的车身前端吸能结构优化[J].汽车工程, 2013, 10 (03) :265-271.

篇4：汽车车身结构及材料

关键词：汽车车身结构；安全部件材料；匹配优化设计

近年来，随着汽车安全事故发生率的上涨，人们的安全意识开始不断提升，对汽车本身的安全性要求也开始不断攀升。因此对汽车车身结构安全部件材料的优化设计就显得异常重要，而我国目前对汽车结构优化设计的研究，大都只是对车身材料或者厚度实施优化，并没有充分考虑到其两者的交互性，在性能的提升方面相当有限。为此，文章针对车身材料的匹配优化设计方式进行探讨。

一、汽车碰撞的安全性设计分析

（一）安全性设计原则

车辆产生正碰对车内的乘员造成严重的安全威胁，这就要车辆结构本身必须具备良好的吸能性，这样才能在汽车发生碰撞时，迅速的将整车动能加以吸收，由此将极大的满足车体本身的加速度和其入侵量控制的匹配性[1]。对于汽车正碰的安全性设计应符合以下两个方面的标准：（1）乘员舱加速度降低，保证乘员不会受到强大的冲击力。（2）应将汽车的前围板侵入量和转向柱后移量控制在较小的范围，不可减少乘员的活动空间，以此避免直接给乘员造成伤害。

（二）安全部件材料匹配优化设计方式

目前，国内对车身材料正碰的安全性设计工作时，大多都是主观性的角度来选取所要设计的对象，而且实际的设计严重缺乏对材料和厚度间的交互性问题。为此，针对此材料和厚度的交互性问题，推出其匹配优化的设计方式。首先，这种方式，主要是通过传力路径和能量分析的方式初步选取相应设计部件。然后由此进行敏感性的分析，这样才能更准确的找出最受影响的安全部件作为设计的对象，从而真正解决难以选取设计对象的问题。同时可针对所选取的设计对象，采用优选近似模型和多目标优化的方式对其厚度和材料实施匹配和优化，这样就充分的利用了两者的交互性，真正实现材料和厚度的变量混合。

二、汽车安全部件的选定分析

（一）分析汽车传力路径

主要针对其正碰当中的流动应力进行分析，可通过明确其车应力变化和部件截面展开分析。其传力路径具体表现在以下几点（1）车辆本身和刚性壁障产生碰撞时，一旦其前保险杠产生变形，会将力直接传递至上纵梁，然后通过上纵梁传递至A柱上端位置，最后直接向后传递[2]。（2）当车辆和刚性壁障产生碰撞时，一旦其前保险杠产生扭曲，会直接将冲撞力转移至前纵梁，然后直接传输至A柱下端、门槛梁以及底板纵梁等位置，最后向后传递。（3）一旦车辆和刚性壁障产生碰撞，汽车A柱下端将直接受到前轮胎的作用力，而前轮会将其真所受的冲撞力转移至A柱下端位置，进而由此传递至门槛梁位置，最终由此向后传递。

（二）分析汽车能量分布

针对其传力路径安全部件的能量分析工作，主要是为了明确此类部件是否在传力路径上起到了相应的吸能作用，然后据此明确发生正碰时的具体部件。

（三）分析汽车材料敏感度

对于汽车车身材料的匹配优化，通常还需要对其敏感度进行分析，具体可采用正交试验的方法进行敏感度分析。通过这种敏感度分析的方式，能够对多种影响类因素的主次顺序进行有效的判定。车身材料一般都是使用高强度钢，而使用更高强度的刚强度钢需要较高的成本。所以，就必须保证所选择的部件材料，其碰撞性能获得更好的改善，这样才能极大的避免汽车本身车身材料和成本的浪费。

三、汽车安全部件材料的匹配优化设计

（一）材料匹配模型分析

具体需要结合正碰部件的敏感度分析结果来选取对材料造成明显变化和影响的部件材料作为设计的对象。具体通过敏感度分析，并结合多种材料的碰撞特性来明确哪些部件属于最适宜的强度等级，可直接从备选材料当中选取最适宜的材料作为其部件材料的取值范围。一般正面碰撞中的安全部件材料优化的数学计算模型主要是以下表达形式：

式中，m为汽车安全部件的质量和，acc为乘员舱的加速度峰值，disp为前围板的最大侵入量。

（二）材料匹配优化设计过程分析

针对汽车安全部件的材料匹配问题必须充分考虑到其部件的材料和厚度，这属于离散混合变量多目标优化的问题。最常用的方式将离散变量直接当作是连续变量的形式，然后将最优点圆直接调整为相应的离散值。不过，这种方式只能获得局部的优化，有时甚至在其可行域外。还有一种方式就是将连续变量实现离散化，一旦其离散的方式不正确，也将只能获得局部的优化。

四、结语

综上所述，对于汽车安全部件材料的匹配优化，需要采用传力路径和能量分布的形式来选择其正碰相关部件，然后可直接通过敏感度分析的方式提取出其中的安全部件。再进行模型计算的方式，得出优化数据，最终运用于车身的设计当中，必然将有效提升汽车正碰耐撞性。

参考文献：

[1]伍素珍，郑刚，李光耀，田轩屹，刘胜.汽车车身结构安全部件材料匹配优化设计[J].锻压技术，2015，11：85-93.