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第1章 汽车车身结构概述1

1.1 车身功能、材料及结构的演变1

1.1.1 车身功能及材料的演变1

1.1.2 车身及车架结构形式的演变2

1.2 现代车身典型结构与制造工艺8

1.3 车身承受的主要载荷11

1.3.1 弯曲载荷12

1.3.2 弯扭载荷12

1.3.3 纵向载荷13

1.3.4 侧向载荷14

1.3.5 碰撞载荷14

1.4 现代车身设计准则15

1.5 现代车身轻量化设计中关键科学与技术问题16

参考文献16

第2章 车身结构轻量化设计理论与方法17

2.1 车身材料强度理论与轻量化材料选择方法17

2.1.1 材料的基本力学指标17

2.1.2 车身材料模型22

2.1.3 车身强度设计中的材料屈服与破坏准则26

2.1.4 车身材料选择的原则28

2.2 车身概念设计常用的几种方法31

2.2.1 车身设计的简单结构面法31

2.2.2 车架设计的材料力学法36

2.2.3 骨架结构的载荷极限分析法37

2.2.4 概念车身结构的拓扑与尺寸优化38

2.2.5 系列车型的参数化CAD39

2.2.6 系列车型的参数化CAE及网格自动更新技术41

2.2.7 基于CAD/CAE/CAM/PDM的数字化车身集成开发技术41

2.3 车身结构有限元建模方法45

2.3.1 有限元基本原理45

2.3.2 车身建模的简化原则46

2.3.3 车身建模常用单元类型47

2.3.4 车身模型的网格质量检查方法47

2.3.5 大规模计算的算法选择48

2.3.6 车身性能评估的关键技术指标49

2.4 车身性能响应面的近似模型建立法50

2.4.1 响应表面法概述50

2.4.2 多项式插值及最小二乘法50

2.4.3 基于模糊逻辑的神经网络法52

2.4.4 克里格法52

2.4.5 径向基函数法54

2.4.6 各种方法比较54

2.5 车身结构最优化方法55

2.5.1 车身结构优化设计类型55

2.5.2 灵敏度的概念及计算方法56

2.5.3 形状与尺寸优化的基本原理及常用算法56

2.5.4 拓扑优化基本原理与常用算法58

2.5.5 形貌优化基本原理与常用算法60

2.5.6 车身的多学科优化设计工程实例61

参考文献65

第3章 车身结构刚度与强度设计方法66

3.1 车身刚度与强度检验的必要性及设计准则66

3.2 车身典型零件及整车刚度与强度计算方法66

3.2.1 线性结构刚度计算方法67

3.2.2 非线性结构刚度定义68

3.2.3 车身结构强度定义与计算方法69

3.3 车身刚度与强度计算的有限元方法69

3.3.1 梁单元模型70

3.3.2 板—梁混合模型70

3.3.3 板壳单元有限元模型70

3.3.4 刚度与强度有限元建模准则71

3.4 车身零件及整车刚度与强度的试验测试法72

3.4.1 车身整体静刚度与强度测量72

3.4.2 测量车身外板局部刚度的静态压痕试验74

3.4.3 测量车身外板抗动态冲击试验75

3.4.4 典型路况的车身动强度试验75

3.5 提高结构刚度和强度的途径76

3.6 强度与刚度的关系76

参考文献77

第4章 轻量化车身的耐撞性与碰撞相容性78

4.1 汽车碰撞被动安全性概述78

4.1.1 汽车碰撞类型与事故率78

4.1.2 车身结构碰撞安全性基本要求79

4.1.3 各国汽车碰撞法规简介80

4.2 汽车碰撞安全性评价指标84

4.2.1 耐撞性84

4.2.2 相容性84

4.2.3 吸能性评价指标85

4.2.4 乘员伤害指标87

4.3 汽车碰撞的理论分析方法88

4.3.1 多刚体动力学法88

4.3.2 基于多体动力学的集中参数法90

4.3.3 有限元及多体动力学混合法92

4.4 车身材料及结构碰撞特性的试验法92

4.4.1 静动态材料参数测试92

4.4.2 零部件抗冲击试验94

4.4.3 整车碰撞试验装置96

4.5 碰撞吸能性及影响因素98

4.5.1 各种吸能原理分类98

4.5.2 被动吸能结构与原理98

4.5.3 自适应吸能材料与结构105

4.5.4 管状件吸能性影响因素分析108

4.6 碰撞相容性及其影响因素114

4.6.1 刚度与碰撞响应的关系114

4.6.2 质量与碰撞响应的关系115

4.6.3 接触部位形状、几何与碰撞响应的关系117

4.7 提高碰撞安全性的途径118

4.7.1 整体结构方案118

4.7.2 局部改进119

参考文献119

第5章 车身结构振动与噪声的动态设计方法123

5.1 车身振动与车内噪声的基本概念123

5.2 车身振动与车内噪声评价指标125

5.3 车内噪声的产生机理与传递路径126

5.4 影响车身振动及车内噪声的因素130

5.5 车身振动与噪声分析方法134

5.5.1 试验测试方法135

5.5.2 有限元法136

5.5.3 统计能量分析法140

5.5.4 边界元法142

5.6 提高车身NVH特性的措施143

5.7 该领域近30年来研究热点145

参考文献146

第6章 车身轻量化与多材料体设计方法148

6.1 车身轻量化的意义与途径148

6.2 车身轻量化基本概念148

6.2.1 车身轻量化评价指标148

6.2.2 轻量化与材料、几何关系149

6.3 轻量化结构设计方法与工程实例149

6.4 车身轻量化材料及其结构设计151

6.4.1 高强度钢152

6.4.2 铝合金161

6.4.3 镁合金及设计169

6.4.4 塑料及复合材料件设计171

6.5 能减小车身零件质量的成形与连接新工艺182

6.5.1 液压成形和内高压成形182

6.5.2 激光拼焊板183

6.5.3 Tox连接184

6.6 多材料体车身结构设计185

参考文献188

第7章 轻量化车身动态人机界面设计190

7.1 引言190

7.2 人机界面的振动控制191

7.2.1 座椅振动特性191

7.2.2 车身动刚度优化设计194

7.3 车内结构噪声控制197

7.4 冲击与碰撞199

7.4.1 乘员约束系统多目标优化设计199

7.4.2 采用吸能新材料的头枕设计200

7.4.3 基于行人保护的保险杠200

7.4.4 基于行人保护的发动机盖板设计202

7.4.5 座椅参数对后面碰撞中颈部伤害的影响204

7.5 驾驶舱虚拟视觉的光学设计206

7.6 仪表板系统的多学科优化设计209

参考文献212