汽车车身结构与设计复习题答案.doc

汽车车身结构与设计复习题1. 车身设计的特点是什么？车身设计是新车型开发的主要内容。车身造型设计是车身设计的关键环节。人机工程学在车身设计中占有极重要的位置。车身外形应重点体现空气动力学特征。轻量化、安全性和高刚性是车身结构设计的主题。新材料、新工艺的应用不断促进车身设计的发展。市场要素车身设计中选型的前提。车身设计必须遵守有关标准和法规的要求2. 现代汽车车身发展趋势主要是什么？ 车身设计及制造的数字化 （1）虚拟造型技术(CAS)。 （2）计算机辅助设计(CAD)。 （3）计算机辅助分析(CAE)。 （4）计算机辅助制造(CAM)。 流体分析CFD： 车身静态刚度、强度和疲劳寿命分析： 整车及零部件的模态分析： 汽车安全性及碰撞分析： NHV(Noise Vibration Harshness)分析： 塑性成型模拟技术： （5）虚拟现实技术。 （6）人机工程模拟技术。新型工程材料的应用及车身的轻量化更趋向于人性化和空间的有效利用利用空气动力学理论，使整体形状最佳化采用连续流畅、圆滑多变的曲面采用平滑化设计车身结构的变革： 取消中柱，前后车门改为对开； 车内地板低平化； 四轮尽量地布置在四个角大客车向轻量化和曲面圆滑方向发展 将货车驾驶室和货箱的造型统一3.简述常用车身材料的特点和用途。 钢板 冷冲压钢板等。汽车车身制造的主要材料，占总质量的50%。主要用于外覆盖件和结构件,厚度为0.6-2.0mm。车门、顶盖、底板等复盖件用薄钢板均是冷轧板，大梁、横粱、保险杆等均是热轧钢。 轻量化迭层钢板 迭层钢板是在两层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.20.3mm，塑料层的厚度占总厚度的2565。与具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有57。隔热防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。 铝合金 铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点。 镁合金在镁材中添加一些其它的金属元素，例如铝、锌或者铝、锰等，变成了一种具有较高强度和刚度，具有良好铸造性能和减振性能的轻质合金材料。目前镁合金一般用于车上的座椅骨架、仪表盘、转向盘和转向柱、轮圈、发动机气缸盖、变速器壳、离合器壳等等零件，其中转向盘和转向柱、轮圈是应用镁合金较多的零件。 镁合金密度只有1.7，是铝的2/3，钢的1/4，客易加工，废品率低，具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，用于壳体可以降低噪声，用于座椅、轮圈可以减少振动。但从成本上看它仍然偏高于铝合金。 .塑料塑料是一种高分子材料，常用工程塑料包括: 热塑性工程塑料（PE、PP、PVC、ABS、PS、PA、POM、PC等）； 热固性工程塑料（酚醛树脂PF、氨基树脂UF、环氧树脂EP等）。由内外装饰件向车身复盖件和结构件方面发展。例如前照面、保险杠、发动机罩、行李箱盖、顶盖、翼子板、车门内护板和某些车身骨架构件等。 成型容易，使形状复杂的部件加工简单化。弹性变形特性能吸收大量的碰撞能量，对强烈撞击有较大的缓冲作用，对车辆和乘员起到保护作用。制成的复合材料具有很高的机械强度，可以代替钢板制作车身复盖件或结构件，减轻汽车的重量。耐腐蚀性强，局部受损不会腐蚀。塑料的弱点是：大规模的模塑加工，投资大，成本高昂。 另一个更关键的问题就是环境保护：材料能不能够回收 橡胶 可用于减振、减轻碰撞、密封等零部件。 轮胎：载重汽车以天然橡胶为主，轿车则以合成橡胶为主。车用胶管包括水、气、燃油、润滑油、液压油等的输送管通常采用丁腈橡胶、氯丁橡胶等材料制造。车用橡胶密封件多用丙烯酸酯橡胶、硅橡胶等材料制造。门窗玻璃密封件多采用乙丙橡胶制造 玻璃按照工艺加工分成： A类夹层玻璃（认证标志代号LA）；B类夹层玻璃（认证标志代号LB ）； 区域钢化玻璃（认证标志代号 Z ）；钢化玻璃（认证标志代号 T ） 。 其中A类夹层玻璃安全性能最高。 内饰材料复合材料、纺织品更加美观、整体化和色彩丰富。轿车内饰件的质量取决于材料。目前，许多轿车的内饰件已经逐步使用PP(聚丙烯)材料，这是一种工程热塑材料，韧性好、强度大、隔热好、质地轻、耐腐蚀、富有弹性和手感好，成本低，更重要的是PP材料是一种可以循环回收再用的塑料。 目前采用PP材料制造仪表板总成外壳已成主流 4. 简述车身承载类型的特点及适用车型。 1.非承载式 车身不承受载荷,而全部载荷由车架承载。特点：车厢变形小，平稳性和安全性好，而且厢内噪音低。质量大，汽车质心高，高速行驶稳定性较差。 适用车型：一般用于货车、部分大客车、大部分高级轿车和越野车等车型。车身通过橡胶块等与车架弹性连接。 2.承载式(无车架式) 车身承受全部载荷.结构：没有刚性车架，加强了车头，侧围，车尾，底板等部位，车身地钣有较完整(厚度也较大)的纵、横承力元件，车身和底架共同组成了车身本体的刚性空间结构。特点：车身具有较大的抗弯曲和抗扭转的刚度，质量小，高度低，汽车质心低，装配简单，高速行驶稳定性较好。但由于道路负载会通过悬架装置直接传给车身本体，因此噪音和振动较大。 适用车型：主要用于大多数中级、普通级、微型轿车、大客车、微型汽车等。5. 车身设计中的“四化”指的是什么？解释其概念。 产品系列化:将产品合理分档、组成系列，并考虑各种变形。 零部件通用化：同一系列车型上，尽量采用相同结构和尺寸的零部件。 零件设计标准化：适用汽车的大批量生产，有利于产品的系列化和零部件的通用化，便于组织生产，降低成本，维修方便。 模块化设计和平台化战略：汽车的平台就是在开发过程中用差不多的底盘和车身结构，可以同时承载不同车型的开发及生产制造，产生出外形、功能都不尽相同的产品。实现在一个基本型上组合成多种不同款式、功能各异的车型。6. 简述新车型开发的分类 1.全新车型开发 新性能 新用途 新系列 采用先进技术 2.已有车型的全面更新 包括外型、车身结构、发动机、行驶系统等。 3.已有车型的中等规模改进 保留原车身外形的特征，车身结构局部改进。外型做局部修改，以改善空气动力性能。对选装件进行改进，改善汽车性能。 4.已有车型的小规模改进 对局部的一些零件进行改进，如后视镜、门把手等。7. 什么是概念设计 概念设计属于产品设计的前期工作，是始于产品定性之后，指从产品构思到确定产品设计指标，总布置定型和造型的确定，并下达产品设计任务书为止的初步设计8. 简述决定汽车车身设计的主要因素及关键技术。 1.车身外型设计方面 车身空气动力特性； 车身尺寸确定的人体尺寸； 车身外型设计、内饰造型的美学法则； 外型的结构性和装饰的功能性要求； 2.车身室内布置设计方面 人机工程要素； 车身内部设计的安全保护； 3.车身结构设计方面 结构设计的强度、刚度； 轻量化设计，包括结构合理性和合理选材； 结构设计的安全性要求； 车身防腐蚀设计要求； 车身密封性设计要求； 结构设计的制造工艺性； 4 .产品开发方面 产品开发的市场性要素； 系列化产品发展要素； 生产、工艺继承性要素。9. 简述汽车车身设计的技术要求。车身设计应符合整车性能要求及总布置设计。车身总布置设计须满足居住、舒适及视野性和上下车方便性等要求。车身外形必须符合空气动力性能，造型美观新颖、时代感强。车身结构必须符合强度、刚度和轻量化的要求。车身结构设计必须重视高安全性能。车身必须具有隔音、隔热及防尘密封性能和空气调节性能。车身结构设计须满足车身制造工艺的要求。车身设计的选材必须来源丰富、成本低且抗腐性能强。车身设计应保证维修方便性。10. 简述现代车身设计方法及程序。 1、产品开发规划 制作主模型 2、总布置设计 7、确定车身分块及覆盖件边界 3、车身CAD造型 8、车身结构设计 三坐标测量 CAE 快速成型/NC加工 9、总成设计 4、精确构造车身外型曲面 10、模具设计 5、表面光顺性评价 11、CAPP 6、建立车身外型数学模型 12、CAM 空气动力学模拟分析 11. 应用于车身设计的计算机辅助技术(CAX)有：产品设计-CAD（Computer Aided Design计算机辅助设计）系统;汽车性能和结构分析-CAE(Computer Aided Engineering计算机辅助工程分析)系统;模型及其模具制造-CAM(Computer Aided Manufacturing计算机辅助制造)系统;造型设计-CAS(Computer Aided Styling计算机辅助造型)系统；CAPP-Computer aided process planning，计算机辅助工艺过程设计12.逆向工程的概念及设计开发步骤是 （1）数据采样（2）数据分析（3）数据的恢复和修补（4）原始部件的分解（5）模型信息处理及CAD模型的建立（6）标准化部件库的建立（7）产品功能模拟（8）再设计 13. 汽车产品开发中逆向工程关键技术是: 准确、快速的从物理模型或实物样件上采集三维点数据； 快速、高质量的创建曲面数学模型。14. 虚拟现实技术的概念及在汽车工程中的应用 基本功用：生成一种具有三维视觉效果的特殊环境。该技术通过多种传感器和 视化设备，将视觉、听觉、触觉等作用于用户，使用户融入到这种特殊的环境 虚拟现实技术在汽车概念设计中的应用 : 汽车、发动机装配过程的动态模拟 利用虚拟风洞研究空气动力学 利用虚拟现实环境研究汽车碰撞 在虚拟真实场景中评价开发的新车型15. 简述专家系统的概念 一个人工智能的应用领域。能在某特定领域内，以人类专家水平去解决该领域中困难问题的计算机程序。是研究用解决某专门问题的专家知识来建立人机系统的方法和技术。也就是说，设计型专家系统，是一个能对一些重要问题提供具有专家水平的解答和设计的计算机应用程序。16并行工程的概念及优点: 并行工程（Concurrent Engineering,CE）又称同步工程或周期工程。是一种先进的企业管理机制，它充分重视和发挥人的作用，是实施先进制造技术的前提，是企业高效简洁的组织机构和科学的动态管理机制。并行工程强调多学科专家的协调工作（Team Work）和一体化、并行的进行产品和相关工程的设计，尤其注重早期概念设计阶段的并行与协调。 并行工程的优点 缩短了产品开发时间 提高质量 降低成本17. 车身总布置设计的主要内容有哪些？车身外形尺寸的确定；车身室内空间尺寸的确定；车身内饰总成和部件（座椅、仪表板、操纵部件等）的确定；电器设备的布置； 行李仓、货箱尺寸及备胎、油箱等位置的确定。 18. 车身总布置设计原则从内到外的人体优先性原则；安全性原则； 舒适性原则； 方便性原则； 居住性原则； 座位优先性原则； “大多数人”原则； “见缝插针”原则19. 简述车身设计制图方法 坐标网格 网格间距：100mm或200mm 坐标线的方向及距零线的距离应标注在直径为16mm的细实线圈内。 绘制车身图时一般按车辆自右向左行驶方向布置图面。 坐标零线的确定 高度方向坐标（Z坐标）零线：沿车架纵梁上表面或无车架车辆的车身地板下表面较长的一段为零线。方向：零线以上为正。 宽度方向左标（Y坐标）零线：车辆的对称中心线。方向：零线以左为正。 长度方向坐标（X坐标）零线：通过车辆前轮理论中心的垂线。方向：零线以后为正。 20. 人体尺寸的百分位概念、应用及意义概念：指人体身高分布值的百分位，即对应于每种身体尺寸，都可求得少于此尺寸的人数百分比。车身设计中一般采用5、50和95三种百分位的人体尺寸，分别代表矮小身材、平均身材和高大身材的人体尺寸。 应用及意义： 以5和95百分位的人体尺寸确定座椅调节行程的上、下限尺寸基准； 以95百分位的人体尺寸确定室内必须的有效空间； 以5和95百分位的人体尺寸确定室内各部件的相对位置关系。 21. 眼椭圆概念: 眼椭圆概念：驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅中时其眼睛位置在车身中的统计分布图形。由于该图形呈椭圆状，故称为眼椭圆。22. 车身设计中对前方视野的视角要求 最小垂直视角：上视角应保证能观察到车辆前方12m远、5m高的信号灯，下视角不应在车辆前端产生过大的盲区。 最小水平视角：一般大与7023. 轿车车身布置设计的主要内容有哪些？1.首先确定驾驶员座椅的位置及尺寸,画出不同调节功能的各个位置.2.画出眼椭圆.3.确定仪表板的位置.4.定出上,下,左,右视野.5.用人体模型确定方向盘的位置,角度.6.画出操纵手柄和踏板及拉按钮的位置.7.确定前后风窗的角度和边界.8.确定侧门与门框的位置.9.确定地板及顶盖的位置.10.画出1:5总布置草图.24.汽车行驶时所受的空气阻力有哪五个部分？是怎样形成的？ 汽车行驶时所受的空气阻力分为五个部分: 形状阻力:与汽车的主体形状有关,摩擦阻力:车身表面的面积和光顺程度 诱导阻力:空气升力的纵向水平分力 干扰阻力:汽车表面突起和各种附件造成的阻力 内部阻力:车内通风气流形成 25.简述降低汽车行驶阻力的措施。1）尽可能减少迎风面积；2）尽量减少车身外露附装件，外露附装件尽可能流线型化；3）车身地板尽可能平整光顺；4）注意车身和局部的形状，减少气流分离；26. 简述降低汽车行驶升力的措施。1） 使汽车头部低矮，尾部保持较大的高度并向上翘。2） 在汽车前端底部加一个扰流板。3)汽车底部板向上翘起一个角度。 4)汽车底部板向两侧略微上翘。 5)斜背加”鸭尾”或尾部安装扰流板。27.简述美学基本法则中的统一与变化。 在造型中，强调突出某一部分本身的特性成为变化，而集中它们的共性使之更加突出即为统一。 统一可增强造型的条理性及和谐的美感。变化可引起视觉的刺激，增强物体形象自由、活泼、生动的美感。两者结合，可使造型丰富而不杂乱，有组织有规律而不单调。统一中求变化 是取得造型形象丰富多彩，生动活泼并且有吸引力的完美造型。基本手段是利用造型中美感因素的差异性，求得在统一、完整、协调的基础上，使造型更加新颖动人，具有视觉美感。28. 造型设计中常用的几何比例关系是。整数比例: 1:1、 1:2、 1:3、 1:4、 1:5等。 均方根比例: 1:1.414：书、报、纸张常用的比例。1:1.732：常用于机械零件、建筑物等。黄金分割比：1:0.61829. 简述造型设计中常用的几种美学法则。均衡与稳定 过渡与呼应 节奏与韵律 风格与创意 比拟与联想 30. 简述汽车造型必需遵循的原则。具有完美的艺术形象。具有良好的空气动力性能。具有合理的结构：布置合理、结构先进。合理地选取材料和材质，具有良好的装饰效果。考虑制造工艺：先进性、合理性、可行性。31.简述曲面曲线的连续关系及曲面连续性的检查方法。1.曲面曲线的连续关系1）搭接关系2）切线连续关系3）曲率连续关系2.曲面连续性的检查1）曲率分析2）金属反光分析3）斑马线反光分析4）曲率等高线分析32.简述汽车车身数字化建模一般方法。一、构建大曲面，形成初步的模型1）将能描述较大曲面及特征曲线的控制曲线输入计算机。2）建立大曲面以及最有特征的曲面。3）调整大曲面及其相交线，将设计的特征表达出来。4）将大曲面连接起来，形成初步的模型。二、局部细化1）根据精度需求将大曲面平滑化； 根据设计需求将大曲面合理的裁剪，并将需要表达的型面填补上去。2) 将各部件分开，裁剪出分缝线。32.简述汽车车身的组成及结构。 车体总成：由车体骨架和车体板壳零件组成。 包括几大分总成：地板、顶盖、侧壁、前围、后围六大片。34. 简述汽车车身结构设计步骤。 确定整个车体的组成：主要构件和次要构件； 确定主要杆件的截面型式：闭式或开式；截面的构成； 确定各构件的配合关系：初步确定各截面的设计方案，绘制截面草图和连接关系。 将车体分成几个分总成：地板、顶盖、侧壁、前围、后围。进行分块设计。 进行应力分析计算： 详细设计：画出总成及零部件图。35. 作用在车身和车架上的载荷。（1）静载荷 集中载荷 均布载荷（2）动载荷 弯曲工况：动载系数：轿车和客车 K=2.0-2.5 货车 K=2.5-3.0 越野车 K=3.5-4.036.车身和车架结构有限元分析主要内容。1作用在车身和车架上的载荷（1）静载荷 集中载荷 均布载荷（2）动载荷 弯曲工况：动载系数：轿车和客车 K=2.0-2.5 货车 K=2.5-3.0 越野车 K=3.5-4.02.车身和车架结构模型的建立(前处理) (1)梁单元的建立: 空间梁单元 薄壁梁单元 坐标方向的确定 (2)板壳单元与薄壁梁单元的组合结构3.支承结构的模型建立 (1)处理好各自由度的约束 (2)悬架系统的支承模型的简化4.载荷处理 (1)车身自重:均布载荷,自动处理 (2)有支承点的:按集中载荷处理 (3)成员和货物:根据实际情况处理 4)不在节点上时:简化