轎車車身本體三維設計（含UG三維圖）

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 轎車車身本體三維設計 [摘 要]：車身是汽車的三大總成之一，其生存周期約為底盤的三分之一。車身的更新速度較快，因此車身設計對新車的開發(fā)具有十分重要的作用。目前，計算機輔助技術已滲透到汽車生存周期的各個階段，尤其是CAD技術已成為汽車造型設計的常規(guī)手段。 文中以捷達轎車車身為對象，運用UGNX8.0三維造型軟件進行轎車車身造型，著重研究曲線構造、曲面構造、曲面過渡連接以及轎車車身曲面的分塊和整車的虛擬裝配造型。為了達到節(jié)能與環(huán)保主題的要求，車身設計完成后要對車身進行輕量化設計，在滿足汽車行駛的安全性、舒適性的基礎上，以達到降耗減排的目的。車身的輕量化設計，可以保證車身具有良好的剛度性能和均勻合理的受力分布，提高材料的利用率。在保證汽車安全性的前提下，實現(xiàn)汽車車身結構的輕量化設計，從燃油經濟性角度看有重要的現(xiàn)實意義。 [關鍵詞]：轎車車身 曲面分塊 造型設計 車身輕量化設計 UGNX8.0 The 3D Design Of Car Body Abstract：The body is one of the three assembly of the car, its life cycle is about one-third of the chassis. Faster update rate of the body, so the role of the new car body design has a very important development. Currently, computer-aided technology has penetrated into all stages of the life cycle of the car, especially in CAD ??technology has become a routine means of automotive styling design. Jetta sedan body text to an object, using three-dimensional modeling software UGNX8.0 sedan body styles, focusing on the curve structure, surface structure, surface transition connections and car body and vehicle surfaces block virtual assembly modeling. In order to achieve the requirements of energy saving and environmental themes, the body design is completed on the body to be lightweight design, to meet the cars with safety, comfort basis to achieve the purpose of saving and emission reduction. Lightweight design of the body, the body can guarantee a good performance and uniform stiffness reasonable force distribution, improve material utilization. Under the premise to ensure vehicle safety, achieve lightweight design car body structure from the perspective of fuel economy has important practical significance. Keywords: car body curved block design Body lightweight design UGNX8.0 目錄 引言 1 1 概述 2 1.1 選題的目的及意義 2 1.2課題相關領域的研究現(xiàn)狀 2 1.3設計步驟及內容 3 2 轎車車身設計的技術與要求 5 2.1汽車車身結構和設計要求 5 2.1.1汽車車身結構 5 2.1.2車身設計的要求 7 3 轎車車身三維模型的建立 9 3.1 UG軟件介紹 9 3.2轎車車身的三維建模 10 3.2.1轎車車身基本參數 10 3.2.2轎車車身前圍車頭曲面的建模過程 10 3.2.3轎車車尾曲面的建模過程 17 3.2.4轎車車身側面曲面的建模過程 20 3.2.5轎車車身上部曲面的建模過程 25 3.3真實著色 28 4 車身輕量化設計 29 4.1車身輕量化設計的必要性 29 4.2車身輕量化的主要途徑 29 4.2.1采用輕質材料 29 I 4.2.2結構優(yōu)化設計 31 4.2.3制造工藝 31 4.3輕量化與整車性能關系 32 總結 33 致謝 34 參考文獻 35 II 引言 目前，汽車已成為現(xiàn)代生活不可缺少的一種交通工具。在發(fā)達國家，汽車的普及已經達到很高的程度，平均每個家庭擁有各種汽車2～3輛。在中國，私車的人均擁有量遠低于發(fā)達國家水平，正是由于中國巨大的市場和汽車工業(yè)對國民經濟的巨大推動作用，汽車工業(yè)已被國家確定為國民經濟的支柱產業(yè)，是國家扶持和重點發(fā)展的產業(yè)之一。中國汽車工業(yè)經過幾十年的風雨歷程，已形成一個比較完整的工業(yè)體系，但與國際汽車工業(yè)的先進水平相比，尚有很大的差距。我國汽車工業(yè)的發(fā)展，走過了引進技術、合資生產及國產化工作之路。目前國家的汽車產業(yè)政策已調整為積極鼓勵各企業(yè)盡快形成自主開發(fā)能力，企業(yè)也深感為適應汽車市場激烈競爭的需要，必須不斷更新車型，開發(fā)品牌，才能設計制造出適合顧客需求的產品。 車身在整個汽車結構中，不論就重量還是就成本而言，都占有相當大的比重。車身結構的合理與美觀直接影響到整車，車身結構設計直接決定整車的安全性、舒適性、美觀性以及由車身外形與空氣動力性能決定的操縱穩(wěn)定性、動力性、經濟性等。國內外汽車生產的實踐也表明：整車生產能力的發(fā)展取決于車身的生產能力，汽車的更新?lián)Q代在很大程度上也取決于車身。 現(xiàn)代科學技術的迅猛發(fā)展，尤其是電子信息技術的高速發(fā)展，工業(yè)生產方式正發(fā)生著巨大的變革，新的生產方式不斷產生。汽車工業(yè)作為綜合性的大型產業(yè)，也必須順應這個發(fā)展趨勢。有限元分析技術在汽車工業(yè)中越來越廣泛的應用，正是這種趨勢的表現(xiàn)。在采用有限元分析技術以后，發(fā)達國家的新車開發(fā)周期已由原來的5年縮短為24—36個月。當今的CAD／CAE技術己經成為衡量一個國家汽車工業(yè)技術水平的重要標志之一，也是衡量一個汽車制造公司技術水平的重要標志。它已成為一個汽車公司開發(fā)新產品、組織規(guī)模生產、加強市場競爭的重要手段。在縮短產品開發(fā)周期，提高產品性能、質量和可靠性，實現(xiàn)車身結構輕量化等方面，起到決定性作用。 UG NX是由美國UGS公司推出的面向制造行業(yè)的CAD/CAE/CAM的高端軟件，是當今世界上最先進、最流行的工業(yè)設計軟件之一。它集設計、分析和制造等功能于一體, 為工程技術人員提供了豐富的三維圖形資源庫,可以用于機械制造領域的計算機輔助設計、計算機輔助分析、計算機輔助制造等方面。更為可貴的是UG NX 實現(xiàn)了上面三種功能的有機集成, 可以實現(xiàn)虛擬產品開發(fā)、精確裝配、加工仿真、運動仿真等過程。從而實現(xiàn)機械設計和制造集成化, 大大縮短了產品的開發(fā)設計周期, 節(jié)省了大量的材料、資金和人力, 給機械設計和加工帶來了革命性的變革。 1 概述 1.1 選題的目的及意義 畢業(yè)設計是畢業(yè)前學習和訓練的實踐性環(huán)節(jié)，是讓學生畢業(yè)前拓寬專業(yè)面，擴大知識面，適應市場經濟的需要，滿足專業(yè)教學的要求，衡量高等教育質量和辦學效益的重要內容，本次畢業(yè)設計直接利用三維建模軟件對捷達轎車車身進行設計。訓練并掌握這種先進的設計思路和方法，為今后的學習和工作奠定基礎。 汽車的車身外形除了對客戶的個人喜好投其所好外，還對汽車速度以及安全方面有所影響，流線好的汽車，它的風阻相對會低，也就使車的油耗相對降低，相對的速度也就會快一些。造型是汽車的外觀，是汽車評價中最直觀、最負感染力的部分，好的造型對提高產品競爭力、反映企業(yè)文化有著重要意義。通過結合所學知識，對市場上的成熟車型進行設計研究，學習其在車身外形設計的先進方法和理念，豐富自己在車身設計領域的知識。 車身設計造型涉及諸如空氣動力學，人體工程學、制造工藝學、美學、計算機圖形學、結構學、材料學等學科，它是一種技術和勞動密集型相結合的產品，它的制造成本約占汽車總成本的一半，其設計成本比重在整車總設計中已屬最大部分，所以車身設計成為制約著汽車制造和新車型開發(fā)的關鍵。車身設計是概念設計的重要內容，它是其它設計階段的前提和基礎，是汽車設計的最初始的步驟，是整車開發(fā)周期中至關重要的階段。車身設計是否合理，將直接影響整車的使用性能甚至決定著整車設計的成敗。 另外汽車對全球二氧化碳和有害氣體的排放，燃料資源和礦產資源的消費等影響很大。為了構建今后可持續(xù)發(fā)展的汽車社會，各汽車廠家將解決上述問題作為最重要的課題來研究。因此，為了達到節(jié)能與環(huán)保主題的要求，這就要求我們首先要對轎車車身進行優(yōu)化設計，在最短的設計周期完成最佳的優(yōu)化設計方案，然后通過對選定合適的輕量化材料的輕量化設計方案，在滿足汽車行駛的安全性、舒適性的基礎上，帶到降耗減排的目的。 本次課題則基于UG NX軟件對捷達轎車車身模型的曲面進行設計，由此可見本次畢業(yè)設計有著重大的意義。通過本次畢業(yè)設計，可以熟練地掌握UG NX軟件的各種強大的功能以及這些功能在汽車車身的曲面設計和加工中的應用。通過對捷達車身模型的造型設計，培養(yǎng)了獨立思考和自主設計的能力，并使得自學和綜合分析能力有所提高。因此本設計具有一定的實際應用意義。 1.2課題相關領域的研究現(xiàn)狀 20世紀90年代初，轎車車身外部造型設計的主流主要是柔性與剛性的特點相呼應，構成棱角分明的外形。這種外形與現(xiàn)代發(fā)展起來的車身制造工藝很適應，也就是說，易于零件分塊，易于沖壓和分總成拼焊等等。因此，這種造型風格曾經持續(xù)若干年。 由于空氣動力學是影響車身造型的最重要因素，根據節(jié)約能源、減小風阻系數和提高空氣動力性能等原理而推出的楔形造型，后來也一度十分盛行，亦即：長頭短尾，車頭前端低矮，線條前低后高，尾部保持豐滿并向上翹起的造型風格。近年來，因為棱角分明的外形很難大幅度地降低風阻系數，故汽車外部造型逐步突破棱角分明而趨向圓滑，尤其重視完美的局部造型以及加裝各種導流板。事實上，這種圓滑、飄逸型的造型風格已博得廣大消費者的理解和喜愛，并成為今天的車身造型主流。 今天的車身外部造型設計，在國外專業(yè)人員中被稱作“流線形設計”。按照造型師們的新理念，汽車外形的連續(xù)完整性不應再依靠挺拔的棱角去表現(xiàn)，而是要由各種曲面光滑的連接以及微妙的光學效果與視覺效果顯示出來。 現(xiàn)行鋼制車身制造工藝的核心部分是沖壓工藝和焊接工藝。用各種沖壓設備組成的車身部件生產線具有效率高和精度易保證等顯著優(yōu)點。不過，從最新發(fā)展趨勢來看。新材料與新技術的應用，正在挑戰(zhàn)以上傳統(tǒng)車身造型設計與制造工藝。新材料和新技術的出現(xiàn)，促使車身設計師們在突破傳統(tǒng)的車身結構和生產方式方面進行了更多的探索和嘗試。 利用三維設計軟件對轎車車身進行設計，以計算機中的三維實體模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)設計中的主模型，從而把大量人力從繪圖、取樣板、制表面、做模型等繁瑣的勞動中解放出來，計算機輔助設計充分發(fā)揮了計算機運算速度快和精度高的特點，極大地提高了汽車車身設計的效率，縮短了開發(fā)的周期。目前用于車身設計的各種設計軟件，系統(tǒng)都能夠根據三維實體模型自動生成二維的車身圖紙和用于數控加工的代碼，同時當三維模型發(fā)生任意微小的改變時，系統(tǒng)都會自動地修改與之相關的圖紙和數控代碼。采用計算機輔助設計的方法還能夠對車身造型進行優(yōu)化設計，當采用傳統(tǒng)的設計方法進行優(yōu)化設計時，不但要花費大量的人力和物力進行主模型的制作，而且不能充分發(fā)揮主模型的作用。如果該主模型未被正式采用，它就將被設計人員拋棄，而不能重復使用。三維軟件設計則是利用了軟件提供的強大的實體造型功能，能夠構造出更逼近于現(xiàn)實，更形象直觀的車身三維模型。設計人員經過對各種造型的類比，從中挑選出一種集多項優(yōu)點于一身的最為理想的設計方案。而其余的車身模型也被保存在一個車身數據庫中，以便于將來對車身進行各種改型設計，同時該數據庫還實現(xiàn)了車身零件的通用化和序列化。 我國各大汽車企業(yè)近幾年來紛紛引進了UG、CATIA、PROE、CAD等先進的設計軟件進行汽車車身開發(fā)和設計，并取得了較好的成果。 1.3設計步驟及內容 本次設計采用UG軟件進行設計。UG是非常優(yōu)秀的基于?Windows?的三維機械設計軟件，具有全面的參數化特征造型功能。由于其易學易用、全中文界面、價格適中的特點，在我國越來越受到廣大用戶的歡迎，已廣泛應用于機械、電子、建筑等行業(yè)。UG包括了世界上最強大、最廣泛的產品設計應用模塊,具有高性能的機械設計和制圖功能，為制造設計提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設計任何復雜產品的需要。UG優(yōu)于通用的設計工具，具有專業(yè)的管路和線路設計系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料設計模塊和其他行業(yè)設計所需的專業(yè)應用程序。 本次設計的內容有： 1. 通過書籍雜志網絡等媒體詳細搜集關于UG的發(fā)展情況、影響及軟件功能與特點； 2.仔細閱讀研究學習指導老師下發(fā)的相關指導資料，從中學習一般專業(yè)論文的寫作方法； 3.介紹轎車車車身的發(fā)展趨勢； 4.捷達轎車車身的基本參數介紹； 5.介紹捷達轎車車身設計的內容與方法； 6.采用UG NX8.0作為本次論文軟件平臺，以捷達轎車真車車型作為具體建模模型； 7.對車身進行優(yōu)化設計； 8.畢業(yè)設計總結。 車身設計具體步驟： 1.利用收集到的車身數據，使用UG的曲面設計功能構造出車身輪廓線，然后利用生成的輪廓線構造車身曲面。 2.依據參數化造型方法，結合車身的外形，采用車身曲面分塊建模法。把車身曲面劃分為多個比容易處理的曲面塊，對各部分表面采取分塊造型。 3.對車身表面分塊造型后，將各部分裝配到一起，然后進行車身各部分曲線的縫合，再進行曲面的縫合，最后進行光順處理。 4.進行著色，修飾等處理，最后完成三維模型。 2 轎車車身設計的技術與要求 2.1汽車車身結構和設計要求 車身主要用來載運乘客或貨物，相當于臨時住所或流動倉庫，受到質量和空間限制。它不僅影響到汽車造型的外觀質量，而且也會影響汽車車身的選材、結構、加工工藝、生產技術等。車身是汽車的大總成，隨著客戶需求日益多樣化和個性化，車身設計在汽車設計中越來越顯示出主導地位。據統(tǒng)計，客車、轎車和多數專用汽車的車身質量約占整車質量的40％～60％；貨車車身質量約占整車質量的16％～30％；而各車型車身的制造成本占整車的百分比甚至還略高于上述給出的上限值。 2.1.1汽車車身結構 轎車車身是轎車整車的重要組成部分．主要包括車身本體、外裝件、內飾及內裝件、附件及附屬設備等。由于它是轎車上載人的容器，因此要求轎車車身應具有良好的舒適性和安全性。此外，轎車車身又是包容整車的殼體，能夠最直觀地反映轎車外觀形象的特點。從而決定了現(xiàn)代轎車車身設計非常注重外形造型以符合人們對轎車外形的審美要求，而汽車人體工程學、汽車空氣動力學、汽車造型及審美藝術、汽車車身新材料研究及開發(fā)、汽車車身結構強度分析、汽車車身設計方法及技術等方面的研究和應用。正是設計出具有良好性能的轎車車身的必要基礎。 車身包括車身焊接總成(白車身)及其附件。為了保證車身的強度和剛度，白車身一般由車身骨架和覆蓋件焊接或鉚接在一起形成一個完整的殼體。車身焊接總成一般分為地板、頂蓋、前圍板、后圍板、左右側圍板等幾個部分。 車身殼體是一切車身部件的安裝基礎．通常是指縱、橫梁和支柱等主要承力元件以及與它們相連的飯金件共同組成的剛性空間結構。車身殼體通常還包括在其上鋪設的隔聲、隔熱、防振、防腐、密封等材料及涂層。 車身結構指構成車身整體的各個部件的布置形式以及部件之間裝配的方式。按車身承受負荷的方式，車身結構可分為：非承載式，承載式及半承載式三種類型。 非承載式車身又稱有車架式車身，是車身本體懸置于車架上的車身結構形式。大客車、載貨汽車多采用這種結構形式。懸置是用彈性元件連接，車身本體基本上不承受行駛時道路對汽車的外加載荷。其優(yōu)點是車架的振動經過彈性元件傳到車身本體，因而大部分可被減弱或消除，因此廂內噪聲小，車身本體變形較小，發(fā)生沖撞時車架可吸收大部分沖擊能，可提高乘員安全性；在壞路上行駛時，車架對車身本體起保護作用；組裝較方便。缺點是車架質量大，汽車質心高，上、下車不方便，車架制造工作量大，工藝精度要求高，且需使用大型設備，增加投資。 承載式車身又稱無車架式車身。車身和底架共同組成車身本體的剛性空間結構，承受全部載荷。轎車多采用這種結構形式。其優(yōu)點是具有較高的抗彎曲和抗扭轉的剛度，自身質量輕，能更有效地利用客廂內空間。缺點是由于傳動系和懸架直接裝在車身本體上，道路載荷及振動直接傳到車身，故必須采取有效的隔聲、防振措施，車身損壞時修復較困難，對車身本體防腐蝕性要求高。 半承載式車身又稱底架承載式車身。車身本體與底架用焊接或螺栓剛性連接。實質上是另一種無車架車身，不過加強了車身本體的底架而起著一部分車架的作用。發(fā)動機和懸架均安裝在車身底架上，車身與底架成為一體而承受載荷。 車身本體俗稱白車身。它指車身結構件及覆蓋件的焊接總成，并包括翼子板、車門、發(fā)動機罩和行李艙蓋在內的未涂漆的車身，形成車身的封閉剛性結構。 車身覆蓋件指車身中包覆梁、支柱等的構件，具有較大空間曲面形狀的表面和車內板件。在車身結構中的功用有：封閉車身、體現(xiàn)車身外觀造形及增大結構強度和剛度等。 車身結構中的梁和支柱，又稱車身結構件，是指支撐車身覆蓋件的全部車身結構零件。由這些結構件便形成了轎車車身的載荷框架結構，它是車身承載能力的基礎，對保證車身所要求的結構強 度和剛度非常重要。 發(fā)動機罩又稱發(fā)動機蓋，是最醒目的車身構件，是買車者經常要察看的部件之一。對發(fā)動機蓋的主要要求是隔熱隔聲、自身質量輕、剛性強。發(fā)動機罩在結構上一般由外板和內板組成，中間夾以隔熱材料。內板起到增強剛性的作用，其幾何形狀由廠家選取，基本上是骨架形式。發(fā)動機罩開啟時一般是向后翻轉，也有小部分是向前翻轉。向后翻轉的發(fā)動機蓋打開至預定角度，不應與前擋風玻璃接觸，應有一個約為10mm的最小間距。為防止在行駛時由于振動自行開啟，發(fā)動機蓋前端要有保險鎖鉤鎖止裝置。鎖止裝置開關設置在車廂儀表板下方，當車門鎖住時發(fā)動機蓋也應同時鎖住。 車頂蓋是車廂頂部的蓋板。對于轎車車身的總體剛度而言，頂蓋不是很重要的部件，這也是允許在車頂蓋上開設天窗的原因。從設計角度來講，重要的是它如何與前、后窗框及與支柱交界點平順過渡，以求得最好的視覺感和最小的空氣阻力。為了安全，車頂蓋還應有一定的強度和剛度，一般在頂蓋下增加一定數量的加強梁，頂蓋內層敷設絕熱襯墊材料，以阻止外界溫度的傳導及減少振動時噪聲的傳遞． 行李箱蓋要求有良好的剛性，結構上基本與發(fā)動機蓋相同，也有外板和內板，內板有加強筋。一些被稱為“兩廂半”的轎車，其行李箱向上延伸，包括后擋風玻璃在內，使開啟面積增加，形成一個門，因此又稱背門，這樣既保持一種三廂車形狀，又能夠方便存放物品。如果采用背門形式，背門內板側要嵌裝橡膠密封條圍繞一圈以防水防塵。行李箱蓋開啟的支撐件一般用勾形鉸鏈及四連桿鉸鏈，鉸鏈裝有平衡彈簧，使啟閉箱蓋省力，并可自動固定在打開位置，便于提取物品。 翼子板是遮蓋車輪的車身外板，因舊式車身該部件形狀及位置似鳥翼而得名。按照安裝位置又分為前翼子板和后翼子板，前翼子板安裝在前輪處，它必須要保證前輪轉動及跳動時的最火極限空間，因此設計者會根據選定的輪胎型號尺寸用“車輪跳動圖”來驗證翼子板的設計尺寸。后翼子板無車輪轉動碰擦的問題，但出于空氣動力學的考慮，后翼子板略顯拱形弧線向外凸出?，F(xiàn)在有些轎車翼子板已與車身本體成為一個整體。但也有轎車的翼子板是獨立的，尤其是前翼子板，因為前翼子板碰撞機會比較多，獨立裝配容易整件更換。有些車的前翼子板用有一定彈性的塑性材料(例如塑料)做成，塑性材料具有緩沖性，比較安全。 前圍板指發(fā)動機艙與車廂之間的隔板，它和地板、前立柱連接，安裝在前圍上蓋板之下。前圍板上有許多孔口，作為操縱用的拉線、拉桿、管路和電線束通過之用，還要配合踏板、方向機柱等機件安裝位置。為防止發(fā)動機艙里的廢氣、高溫、噪聲竄入車廂，前圍板上要有密封措施和隔熱裝置。在發(fā)生意外事故時，它應具有足夠的強度和剛度。對比車身其他部件而言，前圍板裝配最重要的工藝技術是密封和隔熱，它的劣勢往往反映了車輛運行的質量。 車門是為駕駛員和乘客提供出入車輛的通道，并隔絕車外干擾，在一定程度上減輕側面撞擊，保護乘員。汽車的美觀也與車門的造型有關。按車門數量不同，可以把轎車分為二門 三門、四門、五門車等。用于公務用途的轎車大部是四門，用于家庭用途的轎車既有四門也有三門和五門(后門為掀起式)，而運動用途的跑車則大都是兩門。按車門用途不同一般有駕駛員門、乘客門和安全門之分。按位置分為：左(右)前車門、左(右)后車門、背門。按開啟方式分為：順開旋轉式、逆開旋轉式、水平滑移式、上掀式和推拉折疊式外擺式、內擺式等。 2.1.2車身設計的要求 汽車設計要考慮到汽車的使用性、人機工程學、節(jié)能及空氣動力學等方面，所以對于汽車設計會提出以下幾點要求： （1）舒適性 車身設計首先要滿足人的要求。舒適性是評價在規(guī)定條件下，合理乘用時乘員感覺良好與否的標準。影響舒適性的有關因素是：座椅尺寸、形狀及其空間與人體接觸處的材質軟硬度和質感、振動頻率、視野，以及內飾對乘員心理的影響效果和乘坐的安全感。 （2）安全性 車身設計時安全性的考慮有兩個方面，及正常行駛時的防護措施與發(fā)生意外事故時的補救措施。正常行駛時，乘員或運載的行李、貨物不會由于車輛加、減速和急轉向導致移動碰撞；內飾件的軟化結構，無反射的材料表面，防止失效的門鎖機構；座椅安全帶、靠枕、扶手、腳蹬等的設置可在發(fā)生意外事故時對乘員、行李、貨物減輕損傷。事故后救護手段的設置是安全性的進一步要求，國家的有關法規(guī)對汽車安全性有一系列的標準，例如安全槽的配置與使用、方向盤的防撞擊軟化結構、車身客廂部分的骨架加強、吸能保險杠等都是基于此的。 （3）可靠性 車身設計的可靠性是指車身設計既要保證在常規(guī)負荷下的車身結構及其附件的耐用性和有效性，又要考慮到在超負荷下的安全性?？煽啃圆皇窃试S無限制的超過合理負荷去提高安全性，而是指在可能發(fā)生的非正常情況下，結構與機構仍可保證使用性能。車身的可靠性保證中有些是通過附加裝置使原來的機構發(fā)生故障時仍可在一段時間內保持功能的措施，如車門的安全鎖、門、窗框及局部骨架的加強設施，以及發(fā)動機罩的安全拉鉤等。 （4）視野性 視野性是指駕駛員操作時，在不改變操作姿態(tài)的狀態(tài)下對道路及周圍環(huán)境觀察的可見范圍，或乘員在正常乘坐狀態(tài)下對車外環(huán)境的可見范圍。駕駛員的視野性必須滿足在正常行駛操作姿勢下隨時能清楚的看到所有按國家道路法規(guī)所設置的一切指示和警告標志。為保證良好的視野和明快的造型效果而加大車窗時，不應使車內人員過分暴露，產生不安全感，而且乘員過多的看到側、下方移動的物象會增加眩暈、煩躁的感覺。視野性是以使駕駛員“眼橢圓”為起點，畫出眼橢圓而看到前方道路的距離來判斷的，還可以在駕駛員眼橢圓的位置旋轉攝像機拍攝全景照片，用以比較從座位處可看到前方的最近距離，也可以在駕駛員眼橢圓位置放一個光源，在夜間從這個光源向前、側或后方的照影可顯示駕駛員的實際有效視野。 （5）耐用性 車身的耐用性以整車的設計壽命為極限。實際耐用性主要是針對經常使用的機構而言的，要求它們在整車壽命期限內保證正常使用；要求車身結構保持原設計要求的狀態(tài)；要求裝飾不失去原設計的表面品質效果。由于車身機件或附件的使用率遠非均等，所以對每部分結構或附件的耐用性要求也應根據使用情況而定。片面追求某個局部零件或附件的單項耐用性是沒有意義的。 （6）乘用方便性 乘用方便性是乘員、駕駛員進出車廂及行李、貨物裝卸方便與否的評價標準。由于各種類型汽車的動力、傳動、操縱等機構和車身本身結構的需要，車身布置對乘員、駕駛員進出和行李、貨物的裝卸可能產生妨礙和不便。例如：方向盤與車門和座椅的相對位置影響駕駛員的進出，車門高度、底盤與縱底梁的形狀影響乘員的進出。近代轎車的門窗采用曲面玻璃，其主要原因之一是使車門上方開度加大，以改善乘員進出車廂的方便性。 3 轎車車身三維模型的建立 3.1 UG軟件介紹 來自Siemens PLM 的NX使企業(yè)能夠通過新一代數字化產品開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)向產品全生命周期管理轉型的目標。NX包含了企業(yè)中應用最廣泛的集成應用套件，用于產品設計、工程和制造全范圍的開發(fā)過程。如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是，通過產品開發(fā)的技術創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新，必須評審更多的可選設計方案，而且在開發(fā)過程中必須根據以往經驗中所獲得的知識更早地做出關鍵性的決策。 NX是UGS PLM 新一代數字化產品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅動產品革新。NX 獨特之處是其知識管理基礎，它使得工程專業(yè)人員能夠推動革新以創(chuàng)造出更大的利潤。NX可以管理生產和系統(tǒng)性能知識，根據已知準則來確認每一設計決策。 NX 建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經驗基礎之上，這些解決方案可以全面地改善設計過程的效率，削減成本，并縮短進入市場的時間。通過再一次將注意力集中于跨越整個產品生命周期的技術創(chuàng)新，NX 的成功已經得到了充分的證實。這些目標使得 NX 通過無可匹敵的全范圍產品檢驗應用和過程自動化工具，把產品制造早期的從概念到生產的過程都集成到一個實現(xiàn)數字化管理和協(xié)同的框架中。NX 產品開發(fā)解決方案完全支持制造商所需的各種工具，可用于管理過程并與擴展的企業(yè)共享產品信息。NX與UGS PLM 的其他解決方案的完整套件無縫結合。這些對于 CAD 、CAM 和CAE在可控環(huán)境下的協(xié)同、產品數據管理、數據轉換、數字化實體模型和可視化都是一個補充。 CAD/CAM/CAE三大系統(tǒng)緊密集成。用戶在使用UG強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配及創(chuàng)建工程圖等功能時，可以使用CAE模塊進行有限元分析、運動分析和仿真模擬，以提高設計的可靠性；根據建立起的三維模型，還可由CAM模塊直接生成數控代碼，用于產品的加工。 UG實現(xiàn)了設計優(yōu)化技術與基于產品和過程的知識工程的組合。UG軟件能夠為各種規(guī)模的企業(yè)提供可測量的價值，能夠使企業(yè)產品更快地提供給市場，能夠使復雜的產品設計與分析簡單化，能夠有效地降低企業(yè)的生產成本并增加企業(yè)的市場競爭實力。 UG主要客戶包括，通用汽車，通用電氣，福特，波音麥道，洛克希德，勞斯萊斯，普惠發(fā)動機，日產，克萊斯勒，以及美國軍方。幾乎所有飛機發(fā)動機和大部分汽車發(fā)動機都采用UG進行設計，充分體現(xiàn)UG在高端工程領域，特別是軍工領域的強大實力。在高端領域與CATIA并駕齊驅。 第 35 頁 共 35 頁 3.2轎車車身的三維建模 3.2.1轎車車身基本參數 本文以捷達轎車車身為參考，利用UG軟件進行車身建模設計，車身具體參數如表3.1所示。 表3.1 捷達轎車車身參數 車身參數 2013款捷達1.6L自動舒適版 車長（mm）： 4487 車寬（mm）： 1706 車高（mm）： 1470 軸距（mm）： 2603 3.2.2轎車車身前圍車頭曲面的建模過程 在轎車車身前圍車頭曲面的建模過程中，主要用到了以下命令： （直線）、（樣條）、（對特征形成圖樣）、（通過曲線組）、（剖切曲面）、（基準平面）、（草圖）、（偏置曲線）具體建模過程可對照論文做詳細了解。 1.打開UG NX 8.0軟件，導入汽車車身前視圖、俯視圖，后視圖以及側視圖的tif格式的光柵圖。導入過程如下：點擊視圖按鈕→可視化→光柵圖像，出現(xiàn)光柵圖像對話框，點擊指定TIFF圖像按鈕，出現(xiàn)選取圖片對話框，選取準備好的tif格式圖片，然后點擊創(chuàng)建光柵圖像按鈕，就在工作界面創(chuàng)建出來插入的圖片，過程如圖3.1、3.2所示 圖 3.1 光柵指令 圖3.2 插入光柵圖像 將導入的光柵圖像調整比例，調整后，軸距達到原車長度，如圖3.3所示。軸距已經設定到2602mm，在允許的公差范圍內。 圖3.3 測量光柵圖像軸距 通過變化相對坐標系，來導入其余光柵圖像，導入過程和上一步驟一致，具體的過程如圖3.4所示。 圖3.4 導入其余光柵圖像 得到最終的光柵導入圖，如圖3.5所示。 圖 3.5 光柵效果圖 2.使用草圖功能，利用樣條曲線和直線、圓弧、修剪曲線等命令在光柵圖像上根據車身外形圖片描繪出車身前圍輪廓線和車頭弧度線，然后利用對特征形成圖樣命令形成多個按一定弧度分布的前圍輪廓線，再利用通過曲線組命令建立轎車車身前圍曲面。 建立步驟如下：點擊（草圖）命令，選取插入的車身側面光柵圖片為草繪平面，點擊（藝術樣條）命令，然后在圖片上根據圖片描繪前車頭輪廓線，適當調整好后點擊確定按鈕。過程如圖3.6所示。 圖3.6 建立前圍曲線 接下來創(chuàng)建引導線，首先點擊（草圖）命令，選取插入的車身俯視光柵圖片為草繪平面，然后點擊（藝術樣條）命令，然后在圖片上根據圖片描繪前車頭弧度輪廓線，適當調整好后點擊確定按鈕。過程如圖3.7所示。 圖3.7 建立前圍曲線分布引導線 接下來創(chuàng)建前圍曲線分布特征，點擊插入→關聯(lián)復制→（對特征形成圖樣），出現(xiàn)對特征形成圖樣對話框，選取前圍曲線為特征，布局選沿，路徑方法選偏置，選取車身俯視圖創(chuàng)建的車頭輪廓線為路徑引導線，間距選數量和跨距，數量選6，位置選弧長百分比，跨距100%，點擊確定按鈕。然后按照同樣的方法，把方向反向創(chuàng)建另一半前圍曲線分布特征。過程如圖3.8、3.9所示。 圖3.8 對特征形成圖樣 圖3.9 創(chuàng)建特征 接下來創(chuàng)建前圍曲面，步驟如下：點擊插入→網格曲面→（通過曲線組），出現(xiàn)通過曲線組對話框，點擊創(chuàng)建的一條前圍曲線，然后點擊添加新集，再選取另一條前圍曲線，再點擊添加新集，依次把六條前圍曲線選取完，然后點擊確定按鈕創(chuàng)建車身前圍曲面。具體過程如圖3.10所示。 圖3.10 前圍曲面的建立 3.利用同樣的方法建立發(fā)動機罩輪廓線，然后使用通過曲線組和剖切曲面命令建立車身發(fā)動機罩曲面。 建立步驟如下：點擊（草圖）命令，選取插入的車身側面光柵圖片為草繪平面，點擊（藝術樣條）命令，然后在圖片上根據圖片描繪發(fā)動機罩曲線，適當調整好后點擊確定按鈕。然后點擊插入→來自曲線集的曲線→（偏置）命令，出現(xiàn)偏置曲線對話框，選取創(chuàng)建的發(fā)動機罩曲線，距離500，點擊確定，然后再利用相同的方法在反方向創(chuàng)建一條發(fā)動機罩曲線，然后點擊插入→網格曲面→（通過曲線組），出現(xiàn)通過曲線組對話框，點擊創(chuàng)建的一條發(fā)動機罩曲線，然后點擊添加新集，再選取另一條發(fā)動機罩曲線，再點擊添加新集，依次把三條發(fā)動機罩曲線選取完，然后點擊確定按鈕。過程如圖3.11所示。 圖 3.11 創(chuàng)建發(fā)動機罩曲線 接下來在車頭前方繪制十字交叉線，點擊（剖切曲面）按鈕，出現(xiàn)剖切曲面對話框，在類型選取圓角-Rho，選取剛創(chuàng)建的發(fā)動機罩部分曲面的一邊為起始引導線，選取前圍曲面的一邊為終止引導線，選取發(fā)動機罩部分曲面為起始面，選取前圍曲面為終止面，選取繪制的十字交叉線的橫線為脊線，點擊確定創(chuàng)建發(fā)動機罩曲面。過程如圖3.12、3.13所示。 圖3.12 創(chuàng)建發(fā)動機罩曲面 圖3.13發(fā)動機罩效果圖 3.2.3轎車車尾曲面的建模過程 在轎車車尾曲面的建模過程中，主要用到了以下命令： （直線）、（樣條）、（對特征形成圖樣）、（通過曲線組）、（剖切曲面）、（草圖）具體建模過程可對照論文做詳細了解。 1.使用草圖功能，利用樣條曲線和直線、修剪曲線等命令在光柵圖像上根據車身外形圖片描繪出車后圍輪廓線和車尾弧度線，然后利用對特征形成圖樣命令形成多個按一定弧度分布的后圍輪廓線，再利用通過曲線組命令建立轎車車身后圍曲面。 具體步驟如下：點擊（草圖）命令，選取插入的車身側面光柵圖片為草繪平面，點擊（藝術樣條）命令，然后在圖片上根據圖片描繪后車尾輪廓線，適當調整好后點擊確定按鈕。接下來創(chuàng)建引導線，首先點擊（草圖）命令，選取插入的車身俯視光柵圖片為草繪平面，然后點擊（藝術樣條）命令，然后在圖片上根據圖片描繪后車尾弧度輪廓線，適當調整好后點擊確定按鈕。接下來創(chuàng)建后圍曲線分布特征，點擊插入→關聯(lián)復制→（對特征形成圖樣），出現(xiàn)對特征形成圖樣對話框，選取后圍曲線為特征，布局選沿，路徑方法選偏置，選取車身俯視圖創(chuàng)建的車尾輪廓線為路徑引導線，間距選數量和跨距，數量選6，位置選弧長百分比，跨距100%，點擊確定按鈕。然后按照同樣的方法，把方向反向創(chuàng)建另一半后圍曲線分布特征。過程如圖3.14所示。 圖3.14 建立后圍輪廓線 接下來創(chuàng)建后圍曲面，步驟如下：點擊插入→網格曲面→（通過曲線組），出現(xiàn)通過曲線組對話框，點擊創(chuàng)建的一條后圍曲線，然后點擊添加新集，再選取另一條后圍曲線，再點擊添加新集，依次把六條后圍曲線選取完，然后點擊確定按鈕創(chuàng)建車身后圍曲面。建立過程如圖3.15所示。 圖 3.15 創(chuàng)建后圍曲面 2.使用相同的方法創(chuàng)建行李箱蓋。 具體步驟如下：點擊（草圖）命令，選取插入的車身側面光柵圖片為草繪平面，點擊（藝術樣條）命令，然后在圖片上根據圖片描繪行李箱蓋輪廓線，適當調整好后點擊確定按鈕。接下來創(chuàng)建引導線，首先點擊（草圖）命令，選取插入的車身俯視光柵圖片為草繪平面，然后點擊（藝術樣條）命令，然后在圖片上根據圖片描繪行李箱蓋弧度輪廓線，適當調整好后點擊確定按鈕。接下來創(chuàng)建后圍曲線分布特征，點擊插入→關聯(lián)復制→（對特征形成圖樣），出現(xiàn)對特征形成圖樣對話框，選取行李箱蓋曲線為特征，布局選沿，路徑方法選偏置，選取車身俯視圖創(chuàng)建的行李箱蓋輪廓線為路徑引導線，間距選數量和跨距，數量選6，位置選弧長百分比，跨距100%，點擊確定按鈕。然后按照同樣的方法，把方向反向創(chuàng)建另一半后圍曲線分布特征。接下來創(chuàng)建后圍曲面，步驟如下：點擊插入→網格曲面→（通過曲線組），出現(xiàn)通過曲線組對話框，點擊創(chuàng)建的一條行李箱蓋曲線，然后點擊添加新集，再選取另一條行李箱蓋曲線，再點擊添加新集，依次把六條行李箱蓋曲線選取完，然后點擊確定按鈕。過程如圖3.16所示。 圖3.16 創(chuàng)建行李箱蓋曲面 接下來點擊（剖切曲面）按鈕，出現(xiàn)剖切曲面對話框，在類型選取圓角-Rho，選取剛創(chuàng)建的行李箱蓋部分曲面的一邊為起始引導線，選取后圍曲面的一邊為終止引導線，選取行李箱蓋部分曲面為起始面，選取后圍曲面為終止面，選取繪制的十字交叉線的橫線為脊線，點擊確定創(chuàng)建行李箱蓋曲面。過程如圖3.17、3.18所示。 圖 3.17 將行李箱蓋曲面和車后圍曲面連接起來 圖 3.18 車尾效果圖 3.2.4轎車車身側面曲面的建模過程 在轎車側面曲面的建模過程中，主要用到了以下命令： （直線）、（樣條）、（通過曲線組）、（拉伸）、（修剪體）、（圓）、（鏡像特征）、（對特征形成圖樣）、（剖切曲面）、（草圖）具體建模過程可對照論文做詳細了解。 1.使用草圖功能，利用樣條曲線和直線等命令在光柵圖像上根據車身外形圖片描繪出車身側面輪廓線和車身弧度線，然后利用對特征形成圖樣命令形成多個按一定弧度分布的車身側面輪廓線，再利用通過曲線組命令建立轎車車身側面曲面。 具體步驟如下：點擊（草圖）命令，選取插入的車身前視圖光柵圖片為草繪平面，點擊（藝術樣條）命令，然后在圖片上根據圖片描繪車身側面輪廓線，適當調整好后點擊確定按鈕。接下來創(chuàng)建引導線，首先點擊（草圖）命令，選取插入的車身俯視光柵圖片為草繪平面，然后點擊（藝術樣條）命令，然后在圖片上根據圖片描繪車身側面弧度輪廓線，適當調整好后點擊確定按鈕。接下來創(chuàng)建后圍曲線分布特征，點擊插入→關聯(lián)復制→（對特征形成圖樣），出現(xiàn)對特征形成圖樣對話框，選取行李箱蓋曲線為特征，布局選沿，路徑方法選偏置，選取車身俯視圖創(chuàng)建的車身側面輪廓線為路徑引導線，間距選數量和跨距，數量選4，位置選弧長百分比，跨距100%，點擊確定按鈕。然后按照同樣的方法，把方向反向創(chuàng)建另一半后圍曲線分布特征。接下來創(chuàng)建車身側面曲面，步驟如下：點擊插入→網格曲面→（通過曲線組），出現(xiàn)通過曲線組對話框，點擊創(chuàng)建的一條車身側面曲線，然后點擊添加新集，再選取另一條車身側面曲線，再點擊添加新集，依次把四條車身側面曲線選取完，然后點擊確定按鈕創(chuàng)建車身側面部分曲面。建立過程如圖3.19所示。 圖 3.19 車身側面部分曲面建立 2.通過建立發(fā)動機罩與后備箱蓋過渡曲面，再利用橋接曲面、剖切曲面、鏡像特征等命令繪制車身側曲面。 具體步驟如下：點擊（剖切曲面）按鈕，出現(xiàn)剖切曲面對話框，在類型選取圓角-Rho，選取創(chuàng)建的行李箱蓋曲面的一邊為起始引導線，選取發(fā)動機罩曲面的一邊為終止引導線，選取行李箱蓋曲面為起始面，選取發(fā)動機罩曲面為終止面，選取繪制的十字交叉線的橫線為脊線，點擊確定創(chuàng)建發(fā)動機罩與后備箱蓋過渡曲面。過程如圖3.20、3.21所示。 圖3.20建立發(fā)動機罩與后備箱過渡曲面 圖3.21 曲面效果圖 選取十字交叉線的交點繪制一條貫穿車身的直線，再次點擊（剖切曲面）按鈕，出現(xiàn)剖切曲面對話框，在類型選取圓角-Rho，選取創(chuàng)建的發(fā)動機罩與后備箱蓋過渡曲面的一邊為起始引導線，選取車身側面曲面的一邊為終止引導線，選取發(fā)動機罩與后備箱蓋過渡曲面為起始面，選取車身側面曲面為終止面，選取繪制的貫穿車身的直線為脊線，點擊確定創(chuàng)建車身側面曲面。然后利用（鏡像特征）命令，選取建立的車身側面曲面，車身側視光柵圖像為鏡像面創(chuàng)建另一車身側面曲面特征。建立過程如圖3.22所示。 圖3.22 創(chuàng)建側面曲面 3.使用草圖功能在光柵圖像上繪制車輪輪廓線，利用拉伸，修剪體等命令創(chuàng)建車輪特征。 具體步驟如下：點擊（草圖）命令，選取插入的車身側視圖光柵圖片為草繪平面，點擊（圓）命令，然后在圖片上根據圖片描繪車輪輪廓線，適當調整好后點擊確定按鈕，然后點擊（拉伸）按鈕，出現(xiàn)拉伸對話框，點擊車輪曲線為拉伸對象，點擊確定。過程如圖3.23所示。 圖 3.23 創(chuàng)建前車輪特征 接下來點擊插入→修剪→修剪體命令，選取側面曲面為體特征，選取拉伸的車輪曲面為修剪工具，點擊確定。然后利用相同的方法創(chuàng)建其他車輪特征。建立過程如圖3.24、3.25所示。 圖3.24 創(chuàng)建后車輪特征 圖 3.25 創(chuàng)建車輪效果圖 3.2.5轎車車身上部曲面的建模過程 在轎車車身上部曲面的建模過程中，主要用到了以下命令： （直線）、（樣條）、（偏置曲線）、（通過曲線組）、（拉伸）、（修剪體）、（橋接曲面）、（基準平面）、（剖切曲面）、（草圖）等，具體建模過程可對照論文做詳細了解。 1.使用草圖功能，利用樣條曲線和直線等命令在光柵圖像上根據車身外形圖片描繪出車身前擋風玻璃和車身后玻璃輪廓線，然后利用偏置曲線命令形成多個車身前后玻璃輪廓線，再利用通過曲線組命令建立轎車車身前后玻璃曲面。 具體步驟如下：點擊（草圖）命令，選取插入的車身側面光柵圖片為草繪平面，點擊（直線）命令，然后在圖片上根據圖片描繪前擋風玻璃曲線，適當調整好后點擊確定按鈕。然后點擊插入→來自曲線集的曲線→（偏置）命令，出現(xiàn)偏置曲線對話框，選取創(chuàng)建的前擋風玻璃曲線，距離選測量，測量距離為前擋風玻璃曲線到發(fā)動機罩與后備箱過渡曲面的邊界，點擊確定，然后再利用相同的方法在反方向創(chuàng)建一條前擋風玻璃曲線。過程如圖3.26所示。 圖 3.26 車身前后玻璃輪廓線創(chuàng)建 接下來點擊插入→網格曲面→（通過曲線組），出現(xiàn)通過曲線組對話框，點擊創(chuàng)建的一條前擋風玻璃曲線，然后點擊添加新集，再選取另一條前擋風玻璃曲線，再點擊添加新集，依次把三條前擋風玻璃曲線選取完，然后點擊確定按鈕，創(chuàng)建前擋風玻璃曲面。然后利用相同的方法創(chuàng)建后玻璃曲面。建立過程如圖3.27所示。 圖3.27 車身前后玻璃曲面創(chuàng)建 2.使用橋接曲面命令，選取前面創(chuàng)建的前后玻璃曲面建立車頂曲面。具體步驟如下：點擊插入→細節(jié)特征→橋接，出現(xiàn)橋接曲面對話框，選取創(chuàng)建的前后玻璃邊界為邊，點擊確定創(chuàng)建橋接曲面。建立過程如圖3.28所示。 圖 3.28 建立車頂曲面 3.選取前后玻璃曲面、車頂曲面和車身側曲面使用剖切曲面命令建立車窗曲面。具體步驟如下：在車身里面創(chuàng)建一與車身側面平行的矩形曲面，點擊（剖切曲面）按鈕，出現(xiàn)剖切曲面對話框，在類型選取圓角-Rho，選取創(chuàng)建的車頂曲面的一邊為起始引導線，選取創(chuàng)建的矩形曲面的一邊為終止引導線，選取車頂曲面為起始面，選取矩形曲面為終止面，選取繪制的貫穿車身的直線為脊線，點擊確定創(chuàng)建車窗曲面。過程如圖3.29所示。 圖 3.29 車窗曲面建立 接下來利用鏡像特征命令創(chuàng)建另一側車窗。點擊插入→關聯(lián)復制→鏡像特征，出現(xiàn)鏡像特征對話框，然后選取創(chuàng)建的車窗特征，車身側面光柵圖片為鏡像平面，創(chuàng)建車窗鏡像特征。建立過程如圖3.30、3.31所示。 圖 3.30 鏡像車窗曲面特征 圖 3.31 鏡像后模型圖 3.3真實著色 在窗口空白處單擊鼠標右鍵，選擇真實著色，出現(xiàn)真實著色對話框，選取適合的顏色進行著色，得到的效果圖如圖3.32所示。 圖 3.32 真實著色圖 4 車身輕量化設計 4.1車身輕量化設計的必要性 降低車身質量是提高汽車燃油經濟性的重要途徑，對于車身占總質量30%~40%的轎車來說，車身結構的輕量化對于整車的輕量化具有重要意義。材料表明，汽車重量每降低100公斤，每百公里可節(jié)約0.6升燃油。大量使用鋁合金的汽車，平均每輛汽車可降低重量300公斤(從1400公斤到1100公斤)，壽命期內排放可降低20%。由此可見，伴隨輕量化而來的突出優(yōu)點就是油耗顯著降低。汽車車身約占汽車總質量的30%，空載情況下，約70%的油耗用在車身質量上，必須要減輕自重以提高整車燃料經濟性為目的。車身的輕量化設計，可以保證車身具有良好的剛度性能和均勻合理的受力分布，提高材料的利用率。在保證汽車安全性的前提下，實現(xiàn)汽車車身結構的輕量化設計，從燃油經濟性角度看有重要的現(xiàn)實意義。 4.2車身輕量化的主要途徑 轎車車身輕量化技術主要包括輕量化材料的使用和結構的輕量化設計。前者是車身輕量化的主流，即采用輕量化的金屬和非金屬材料，主要是采用高強度鋼材、鋁鎂合金、工程塑料、碳纖維、新型玻璃、陶瓷和各種復合材料；后者是利用有限元法和優(yōu)化設計等方法，通過改進汽車結構，使部件薄壁化、中空化、小型化及復合化以減小車身骨架和車身鋼板的質量來達到輕量化目的。實際上兩者是緊密相連的，往往采用輕量化材料結合輕量化結構設計，在性能不降低的前提下獲得轎車車身的輕量化。 4.2.1采用輕質材料 （1）超高強度鋼板 傳統(tǒng)的設計理念是通過提高零件的料厚來獲得整車的碰撞性能和耐久性能 ,而現(xiàn)在可以通過選用高強度鋼板、減少料厚的辦法來獲得更好的碰撞性能和耐久性能 ,同時又減少車身重量?，F(xiàn)在的鋼材分類為普通鋼、高強鋼和超高強鋼板 ,如圖4.1所示。 圖4.1 鋼材分類 普通鋼屈服強度在 110～180MPa,烘烤硬化鋼屈服強度在 130～300MPa,這兩種材料一般用在車身的外覆蓋件和地板零件上。 高強度鋼屈服強度在340～550MPa,一般用作結構加強件。超高強度鋼板一般指抗拉強度超過550MPa,主要有DP鋼和MS鋼 (馬氏體鋼 )。DP鋼的抗拉強度在500～1000MPa,一般用于需要高抗拉強度、高碰撞吸能且成型較復雜的車身零件 ,如前艙大梁、B柱內外板等。MS鋼抗撞強度有900MPa,1300MPa,由于MS鋼強度極高 ,所以一般用滾壓成型工藝生產 ,主要應用在門檻梁上。例如新 Civic,由于提高了高強鋼的比例 ,汽車的安全性由 Euro NCAP4星提高到5星 ,車身的動剛度和 NVH性能得到了進一步提高 ,而車身重量卻減少了2 kg。 （2）鋁及鋁合金 鋁的密度為 2.7g/ cm3 ,約為鋼的1/3。鋁作為汽車材料有許多優(yōu)點,如在滿足相同機械性能的條件下、比鋼減少質量 60 %、易于回收、在碰車中比鋼多吸50 %的能量、不需防銹處理等。此外 ,傳統(tǒng)的鋼板成型壓機都可以用于成型鋁,只是工藝設計中應注意補償鋁板中較大的回彈量。因而鋁被廣泛應用于汽車上(尤其是轎車)。隨著鋁及鋁合金制品工藝的成熟,鋁及鋁合金作為一種汽車輕量化材料,被越來越多地應用于各種車輛上。1978年世界中級轎車的車均鋁材耗量為32kg ,1998年增加到85kg ,即20年內增長1.7倍。據預測 ,2008年每輛轎車的鋁使用量將進一步上升到130kg ,與 1998年相比增長53 %。日本在鋁合金材料應用方面發(fā)展比較快 ,自1985～1995年的10年間 ,日本汽車工業(yè)用鋁量幾乎增加一倍 ,達到100萬噸 ,其中跑車平均每車用鋁量達到250kg ,占整車的16. 4% ,各種轎車每車平均用鋁量達到101kg ,占整車的8.8%。日本分析家認為,到2001 年用鋁量平均將突破10%。1996年奧迪公司生產的全鋁 A8轎車采用鋁合金擠壓車架,質量降低了35% ,抗扭強度增加了50%。該公司推出的A2小型轎車也將采用全鋁車身,其年產量比A8大得多。美國的一項研究報告表明,采用鋁材料,整備質量為1483.6kg的轎車,在保持全部性能的前提下,車身質量能降低 125kg?？梢婁X及鋁合金制品對于車輛的輕量化作用重大,其前景非?？捎^。 （3）鎂合金 鎂合金是比鋁合金密度更小的輕質材料。其耐熱耐壓耐腐蝕且易于回收利用。歐洲正在使用和研制的鎂合金汽車零部件有 60多種。汽車用鎂合金零件絕大部分是壓鑄件，對減小汽車質量、提高燃油經濟性、保護環(huán)境、提高安全性和駕駛性、增強競爭能力等方面的效果顯著，所以在汽車行業(yè)應用大有潛力。最近正在開發(fā)或已經開發(fā)成功的新型鎂合金有耐蝕鎂合金、阻燃鎂合金、高強高韌鎂合金和變形鎂合金等。 （4）工程塑料 車身采用塑料材料具有質量小、易于加工和防銹防腐蝕的特點。目前汽車的保險杠幾乎都是塑料件