宋坤
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摘要：在我国汽车制造业的发展过程中，汽车制造工艺不断优化创新，其中轻量化技术可以有效降低汽车能耗，改善生态环境，达到节能减排的目的，这符合中国的可持续发展理念，也是未来中国汽车制造业的主要发展趋势。因此，本文分析了轻量化技术在汽车工程中的应用现状，以加强技术的推广，充分发挥技术的应用效率。
关键词：汽车工程;轻量化技术;应用现状
引言：轻量化技术是对整车设计的优化调整方案，在满足汽车使用需求的基础上，可以降低车身质量量，从而实现对汽车能耗的控制，提高运行性能，减少尾气污染等目的，是目前解决温室气体排放问题和缓解石油资源短缺的主要途径。
1 轻量化技术在汽车工程结构设计中的应用
1.1尺寸优化
从技术发展的角度来看，最早的技术手段之一应该是整车结构尺寸优化，以整车结构及零部件的规格尺寸为主要设计变量，如壁厚值、减重孔尺寸等。模拟了不同车辆在不同工况下的驾驶场景，并对车辆的结构规格和尺寸进行了适当调整。实时观察车辆的行驶情况和部件的运行情况。结合仿真结果，确定了各结构尺寸设计的约束条件。相关设计人员应建立匹配函数优化模型，导入具体数学公式，准确获得位移灵敏度、应力灵敏度、固有频率灵敏度、特征值灵敏度等计算结果，为整车结构优化设计工作提供准确的数据支持。例如，在调整汽车车门结构自振频率和刚度的基础上，适当降低车门结构的自重，但不会对汽车结构的质量、稳定性和安全系数造成任何不利影响，从而更好的实现整车轻量化设计的目的。此外，在汽车结构尺寸轻量化设计过程中，设计师不可忽视特征值灵敏度、应力灵敏度和线性静力等问题。同时，在行驶过程中可能发生碰撞时，要注意车辆的安全。在发生交通事故的情况下，车辆与安全防护设施、其他障碍物和车辆发生碰撞，碰撞过程是一个非线性问题，设计师很难准确获取车辆碰撞灵敏度等信息。针对这些情况，相关设计人员可以选择采用可以代替传统有限元模型的近似模型设计方法，准确计算车辆在碰撞过程中的线性载荷值，并以此作为设计数据的主要来源和依据。
1.2拓扑优化
在汽车结构轻量化设计过程中，拓扑优化设计是设计者以各种材料的空间分布为主要设计对象，引入特定算法，从而准确计算汽车结构的最佳方法和路径。同时，参与设计的人员要结合车辆的实际情况选择合适的拓扑优化手段。例如，设计人员在应用变密度拓扑优化时，应将设计变量视为反映弹性模量与材料质量之间密切关系的可变因素，而不是材料本身的实际密度。基于材料插值函数，建立了各种材料的合理逼近模型和微观结构惩罚模型。该模型结构可以直观地显示不同材料分布下的中密度单元，并生成拓扑优化结果。此外，该拓扑优化方法仅适用于中小型车辆。
对于离散结构的大型客车等模型，设计者应采用参考结构法，并对已有的参考结构进行相应调整，以获得拓扑结构优化的相关数据。
1.3形状优化
在车辆结构轻量化设计的过程中,形状优化设计的主要目的是提高汽车的整体结构的应力状态,通过调整整体结构和局部结构,以便应用程序的性能和应用各种材料的属性可以更好的发挥。同时，设计者应根据车辆的几何结构采用最合适的优化设计方案。例如，当车辆几何形状不规则时，参数化形状优化方法可以同时优化梁结构截面和车辆减重孔形状。
2轻量化材料在汽车工程中的应用
2.1高强度钢
随着材料科学的不断发展和完善，高强度钢自问世以来就广泛应用于汽车制造行业，对于提高结构强度、减轻结构重量具有重要意义。目前，高强钢主要分为先进高强钢和普通高强钢，不同类型的钢性能质量不同。根据相关调查结果，当车身材料换成高强度钢时，车身质量可降低到原重量的75%左右。以DP双相钢为例，该钢由马氏体和铁素体组成，其中马氏体含量在10%-15%范围内，含量越大，钢体强度越高。同时，DP钢还具有良好的抗疲劳和伸长率性能，被广泛应用于车身结构的前、内轨、前、后保险杠、中间支柱的内板等部件和安全部件。
2.2.塑料及复合材料
在我国汽车制造业发展初期，塑料与纤维复合材料的生产工艺不成熟，材料性能质量差，制造成本高。随着材料科学的不断发展，以及生产工艺的优化和完善，塑料和复合材料逐渐成为汽车车身结构的主要材料，既能满足汽车车身结构的性能和质量，而且也大大降低了汽车车身的质量。据相关调查结果显示，人体结构中各种塑料及复合材料的平均使用量超过150公斤，占人体质量的20%以上。例如，聚丙烯、聚碳酸酯等材料被广泛应用于车身结构踏板、遮阳板、护板、引擎盖、后拉门等部件。长纤维热塑性复合材料用于汽车车门结构、保险杠、仪表板等部件。而在宝马I3电动车中，底盘主体材料采用碳纤维材料，实际质量仅为传统底盘的50%左右。
结语
综上所述，为了促进现代化汽车工业的发展，实施可持续发展战略的目标，企业必须加强轻量化技术的应用，灵活运用各种技术手段，深入挖掘潜在的应用价值，推动汽车轻量化、集成化、系统化开发的设计制造体系。
参考文献：
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[2]范子杰，桂良进，苏瑞意.汽车轻量化技术的研究与进展[J].汽车安全与节能学报，2014，5（01）：1-16.