汽车座椅轻量化结构设计及成形工艺优化

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1、西南交通大学汽车座椅轻量化强度分析及结构设计优化学院：材料科学与工程专业：材料加工姓名：李康宁学号：20152009912016年5月目录1.1引言31.2轻量化技术的实现413研究内容52.1原制钢制座椅分析52.2铝合金座椅骨架分析63.1座椅总成静强度有限元分析7123.2结构优化10结论汽车座椅轻量化强度分析及结构设计优化1.1引言随着汽车总保有量和新增量的不断增加，汽车耗油量及汽车二氧化碳、有害气体及颗粒的排放量也在快速增加。在能源日益紧缺，环境日益恶化的今天,这种矛盾己成为制约汽车产业可持续发展的突出问题。面对能源危机和低碳环保的巨大

2、压力，解决这一矛盾最有效、最现实的方法之一，也是当今世界汽车工业发展的潮流，就是实现汽车的轻量化。汽车的轻量化就是在保证整车强度和刚度的前提下，通过结构的轻量化设计及轻量化材料的使用，达到减轻整车质量的目的。此举可以有效降低二氧化碳等有害气体及颗粒的排放，提高燃油经济性，因此，汽车轻量化是现代汽车设计的主流。总体来说，轻量化的发展主要有3个方向:一是利用CAE有限元分析优化整车骨架及各零部件结构，二是釆用各类轻量化材料，三是采用新的成形工艺方法。目前普遍应用的轻量化材料一类是高强度钢板，另一类就是轻金属材料如镁、铝合金，塑料及碳纤维材料等;新的成

3、形方法主要有液压成形、激光拼焊板成形，及针对金属材料开发的半固态成形、各种压力成形、粉末冶金等。轻质材料铝合金在汽车上的应用发展迅速。铝是仅次于氧和硅，在地壳中含量最高的金属元素Z-o与其他金属材料相比，铝合金的密度小，只有钢铁的1/3左右;比强度高，是优质的结构件材料，能以较小的截面积抵抗载荷;抗冲击性能好，大大提高了汽车的安全性能;吸噪能力强，可以降低发动机及其他部件噪音，提高舒适性;另外其加工性能也较好，可采用多种加工方式;铝合金极高的再回收，再生性极大的降低了材料的浪费，减少了回收利用的成本，提高综合经济性。铝及铝合金是最早用于汽车制造的

4、轻质金属材料，也是工程材料屮最经济实用、最有竞争力的汽车用轻金属材料，从生产成本、零件质量、材料利用率等方面看，具有多种优势，成为汽车轻量化材料的不二选择。1.2轻量化技术的实现总的来说，实现汽车轻量化主要有2种途径:一是利用有限元方法，拓扑优化方法改进汽车整车结构及零部件结构，实现结构件材料分布最优化;二是利用各种轻量化材料，包括高强度钢板材料和轻质材料。①结构轻量化设计就是是利用有限元法和现代优化设计方法进行结构分析和结构优化，以减轻汽车车身、各零部件如发动机、承载件件和内饰件的重量。结构优化设计即在保证产品达到某些性能目标（如强度、刚度）并

5、满足一定约束条件的前提下，改变某些设计变量，使结构的重量最轻，这不但节省了材料，也便于运输和安装。优化设计以数学规划为理论基础，将设计问题的物理模型转换成数学模型，运用最优化数学理论，以计算机和商业软件为优化工具，在充分考虑多种约束的前提下满足设计目标的最佳设计方案。有限元法在结构设计中被广泛使用，它可以使任何复杂的工程问题，简化为有限元模型进行分析研究。FI前广泛使用的结构优化工具AltairOptistruct,以有限元法为基础，提供拓扑优化、尺寸优化、形貌优化、自由形状优化等多种优化方法，可以对汽车车架结构及各零部件结构进行分析和优化。在有

6、效满足设计功能及外型要求的前提下，先经过概念设计在到详细设计，寻找设计区域最优的材料分，使得结构最轻，性能化，大大提高设计效率最佳，尽可能使零部件屮空化、薄壁化、小型化。②汽车轻量化材料主要有两人类:一类是具有较低低密度的轻质材料，诸如铝合金、镁合金、钦合金、塑料和复合材料等;另一类是高强度材料，如高强度钢板，超高强度钢板等。目前，汽车轻量化主要以汽车轻量化材料为主要实现途径。汽车制造工业中已大量应用的轻量化材料主要有高强度钢、铝合金、镁合金和塑料、碳纤维、树脂基复合材料等。汽车轻量化材料的研发和选用需考虑的因素有:一是具有较小的密度、较高强度的

7、轻质材料，像铝合金、镁合金、塑料类材料、各种复合材料;二是在同样密度和弹性模量下而比强度高、工艺性能好的材料，这种材料做成的结构件可以采用较小的截面抵抗较大的载荷;三是基于新型材料成形技术的轻量化结构材料，如金属基复合材料板激光焊接板材、连续挤压变截而铝合金型材、适合各种精密铸造成形的铸造铝合金材料等。方案和二是通过更换汽车零部件材料种类来实现轻量化目的，方案三是通过采用新型材料结合先进成形技术来达到轻量化。在各轻质材料屮，铝合金材料在汽车上的应用尤为显著，一些非金属材料的比例也逐步增加。13研究内容本文结合安徽省佳运车辆零部件有限责任公司的轻合

8、金座椅开发项H而展开，以582型客车座椅的冲压钢制骨架为基体，依据GB13057-2003的法规要求对钢制座椅和铝合金座椅骨架进行静强度