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汽车车身哪些部位需要高强度材质为什么?

  汽车厂商都会说自己的车型用了xxxx MPa的超高强度钢板,想知道车身上哪些部分需要高强度或超高强度材质,为什么?

  屈服强度超过300Mpa就可以称为超高强度钢板了,超过1000Mpa的一般都是热成型钢板,普通的钢材难以达到这个强度。热成型钢板在加工过程中要经历高温成型及一系列的热处理,具有超高强度和极小的变形系数。

  无论是遇到正碰侧碰还是翻滚,最大程度保持乘客所在的座舱完整是最重要的,因此车身的下部,侧围内板(ABC柱)和顶盖横梁就成为了使用超高强度钢材最密集的车身部位。

  下面这张图大概说明了车身的制造流程,可以看看上面说的下部/侧围都是什么。

  这张图就说明了白车身骨架中主要使用超高强度(热成型钢板)的位置,图里未展示

  此图不包括四门/两盖/翼子板/侧围外板/顶盖等外表面件,一般消费者所说的钢板厚度都说的是这些外表面件的钢板厚度,其实车身安全和外表面件的钢板厚度一点关系都没有,只和车身的结构及关键部位板材/连接强度有关。

  下部中通道(汽车之家小编成天拿Iphone5量的那个影响后排乘客舒适度的鼓包)

  顶盖横梁在车身翻滚时可以最大程度保证乘客舱的完整不变形,没什么好说的啦,应该用。

  车身侧围,同样是十分重要的安全相关部件,大量使用超高强度钢板和激光焊接等高新技术的车身部件,门框和顶盖搭接区域的激光焊接可以大幅提升安全性。

  车身下部,永不见天日的地方,普通消费者绝不会注意的地方,同样是强度重点关注区域。

  标黄的地方都是使用了超高强度钢板的部位,更细的拆解图就不上了,大家凑合看看。

  主要的部分也就是这样了,还有很多小零件也使用了超高强度钢板,不一一指出了,拆解的太细的话涉及到企业保密条例,为了自己的安全就不往下拆解了,大家看几张大概示意图就好了。

  是时候做出一些声明了,不然显得业务不精,怕我年迈的师傅气到一口老血喷出。虽然说钢材密度差别较小,但高强度钢密度大于普通钢材没毛病,文章本意有两点:

  感谢大家对文中描述不准的部分提出意见和纠正,学习无止境;也希望以后大家可以继续提出宝贵的意见和技术方面的独道见解,一起交流共同进步。不过对于那些为了喷而喷的小喷子们,一边玩勺子把去。

  本人吉大车身工程出身,目前白车身钣金工程师一枚,被推送这一题简直就要喜极而泣,毕竟知乎上关于白车身的提问是越来越少了,为了不给导师和学校丢脸,回答之前特意翻了一下之前的专业书,这些书被我从大长春一路背到大上海,陪伴在我身边。

  关于这个问题,我整理了几个小结,每小结第一段为言简意赅的内容,其他段落为引申部分,耐心不够好的~看官们可以直接浏览每小结第一段。

  白车身的英译名字是Body in white,指的是焊接总成焊接完毕后但又未经过涂装车间的车身结构,不包括四门两盖等覆盖件及运动件。

  我相信绝大多数的看官对“车身”都有一个大略的认知,除了这些覆盖件,装饰件和功能件以外不就是车身了吗?那么我要恭喜各位,你答对了。但是白车身与车身定义有所不同,直观一点,白车身经过涂装工艺后,再加上座椅、玻璃、仪表板等内外饰,在装配上电子电器件、底盘和动力系统后,就是一台整车。

  车身主要分为两种:承载式车身和非承载式车身,目前几乎所有轿车和绝大多数SUV车型采用的都是承载式车身,因为承载式车身舒适性更好、空间利用率更高、重心低操控性更好、重量低燃油性能更好,但在强度方面,要稍差非承载式车身一些。

  高强度钢(HSS)是指屈服强度在210-550MPaMPa之间、抗拉强度在270-700MPa之间的钢材。

  工程上通常通过拉伸强度(Mpa)和屈服强度(Mpa)两个参数值来区分定义高强度钢、现金高强度钢、和超高强度钢,其中抗拉强度很好理解,就是材料抗拉的能力,简单理解就是材料不被拉断的能力强弱。

  屈服强度是指材料抵抗微量塑性变形的能力,比方说一块钢板屈服强度为350MPa,如果外力大于350MPa,钢板就发生了塑性形变,零件失效,永远无法恢复

  为什么高强度钢会有如此高的强度呢?究其原因是因为它是经过固溶强化、析出强化、晶粒细化强化和组织相变强化四个强化过程,十七屈服强度和抗拉强度都很高,还具有抗撞性和抗凹性。高强度钢主要包括碳锰钢、无间隙原子钢、烘烤硬化钢等普通高强度钢;还有双相钢、相变诱导塑性钢、马氏钢体等先进高强度钢,因为高强度钢的力学性能更均匀,回弹较小,更高的抗撞性和疲劳寿命,可以降低也是用钢板的厚度,同时起到加强作用,因此,高强度钢在满足性能需求的同时还可以是汽车达到轻量化的目的。

  这些都是车身对性能要求比较敏感的区域,比如中国的前部小偏置碰(Small Over lap)法规要求,以及侧碰、后碰和头部保护等各种碰撞性能要求,这个时候就需要这些区域的零件有较高的性能需求,已达到保护乘客的安全。

  高强度钢具有很大的屈服强度和拉伸强度,能够在很大程度上提高车身零部件的变形能力和吸能能力,同时还可以扩零部件的弹性应变区。

  在车身上应用高强度钢可以极大地提升车身动态性能、动静态扭转刚度、固有频率、NVH性能和整车碰撞性能;高强度钢的强度性能表现极好,却同时也存在着本身的缺点,如密度高、重量大、变形困难、容易开裂,因此,在车身中通常在对碰撞性能比较敏感的区域应用高强度钢。

  前面已经提到过,高强度钢密度较大,这也意味着大量使用高强度钢会导致车身重量增加,那是不是意味着高强度钢不利于车身轻量化目标呢?答案是否定的,NO!

  针对上述的性能敏感区域来讲,如果单纯的考虑使用轻质材料或者普通钢材,如果想要达到碰撞性能需求,那么势必就要增加板材料后,这会导致车身重量增长,反过来,如果在这些区域采用高强度刚,则不需要料厚值很大就能满足性能需求,反而会降低用料重量,从而有利于车身轻量化。

  因为力的传导路径是不固定的,不同的项目或者项目的不同时期方案的变更,都会导致力的传导路径变化,因此通常板材的料厚和轻量化是需要多学科共同优化的,那么如何来进行优化呢?

  首先要有优化模型…然后要选定设计变量,变量不能选太多,毕竟设计变量的增加会导致设计维度的增加,耗时也会大大增加,比如通常会选择直接关系到车身强度、碰撞安全和NVH性能的两个参数:刚度和模态,运用不同的分析方法,比如基于刚度模态的板料灵敏度分析来寻找最佳方案。

  实际上基于正碰、侧碰等不同的性能需求,需要有不同的实验和求解过程,我们以满足静动态性能的轻量化优化为例:

  1. 选定算法:对于多目标问题的优化通常可以采用将多个目标一期优化的多目标遗传算法,多目标遗传算法是以达尔文进化论和孟德尔遗传学为基础,模拟生物进化和遗传机制发展形成的全局搜索和优化算法,特点是高效、并行和全局搜索。

  2. 分析模拟模型的定义:选定问题以后就可以进行问题模型的定义,例如正碰或者侧碰或者小偏置碰的实验方案和近似模型建立。

  3. 数学模型:根据已经确定的设计变量,优化目标和约束条件和轻量化设计要求,将静动态性能的轻量化优化问题通过数学模型来表达:

  式中,Mass为车身部件总质量,Torsion为扭转刚度,f1为顶盖平移及前端扭转频率,f2为一阶扭转频率,Bend为弯曲刚度,设计变量取值范围为0.8-2.5mm

  4. 计算和结果分析:当通过多目标遗传算法求解后,可以看出,参数设置对结果是有一定影响的,并且经过多次迭代后,目标函数逐渐收敛,多目标遗传算法可以给出多种满足约束的优化解,不存在唯一的最优解,因为重量和扭转刚度这两参数值是相互矛盾的,不可能同时取得最优解,扭转刚度越大,某些区域钣金件的料厚就需要更大,导致重量增加,若需要车身重量较优,,则需降低钣金零件厚度,相应的扭转刚度会变低。

  车身的轻量化设计必须满足动静态、碰撞安全和疲劳寿命等多性能要求,如何选择合适的材料、在哪些区域选择什么样的材料,这是需要经过CAE和BIW工程经过多番计算验证以后,才能得出最优化的方案,不是单纯的越强越好,或者越轻越好,轻量化是一门高深的课程,毕竟从车子本身的性能到消费者的切身利益,车身减重都能做出巨大的贡献。当然,汽车轻量化不是简单的降低重量,而是在成功减重的同时还能对整车的性能有所提高才是轻量化的真正意义。那么对于众汽车厂商而言,如何做到在减轻车身重量的同时保证静态扭转刚度和动态扭转刚度,从而保证车身抗扭性能和整车NVH性能;如何做到减少整车重量,却可以保证配置不被减少甚至有所升级;如何做到减少重量的同时保证碰撞新能拥有更好的主被动安全且能平衡成本,将会是各大主机厂未来的研究方向。如何围绕着材料选择、优化设计、先进工艺三方面同时进行改良和提高, 是每个主机厂应该认真研究的课题,可以说,谁真正的掌握了轻量化技术,谁就可以在激烈的竞争中脱颖而出,笑傲群雄!

  上回跟大家谈了一下对于电动车续航的看法,这次该聊一聊与汽车安全息息相关的车身材料问题了。

  在这个话题下,@Shijia的回答已经很到位,那我就换个角度作为补充吧~

  为了更走心地回答这个问题,以下是我们技术中心车身材料的博士工程师的亲自作答时间。

  这个不用多说,目前市场上大部分车还是以钢车身为主,算是最主流的车身材料了。

  铝的密度大约是钢的三分之一。因为轻量化的需求,越来越多的车厂开始考虑铝制车身方案。比较推崇铝材料在车身应用的传统汽车品牌主要有@奥迪和@Jaguar捷豹中国,新能源汽车品牌中,@TESLA和@蔚来也是对铝车身十分热衷。由于铝车身的制造和维修成本也比钢车身高出不少,所以一般采用铝车身的车型定位都不会低。

  密度比铝还小。一度炒的火热,但是大规模的应用却迟迟不来。主要是镁的板材成形能力差,腐蚀问题也不好解决,目前的应用很有限。

  简单的说,屈服强度就是材料开始有不可恢复的变形(比如管子弯了没办法变直)时的强度,表征材料抗变形的能力。抗拉强度是指材料破坏 (管子断掉了) 时强度,表征材料抗破坏的能力。一般来说,抗拉强度总是大于屈服强度。当说到强度的时候,注意说的是哪个强度,才好比较。

  简单的可以用延伸率来衡量,也就是材料变形多少以后开始破坏。冷成形材料做成零件需要很大的变形,所以在冷成形材料中这个量尤为重要。

  图1展示了不同种类的汽车用钢拉伸强度与延伸率范围,行业内的人亲切称之为“香蕉图”(像不像个大香蕉?)

  可以看到,车身用钢的强度可是涵盖了巨大的范围。从最低的200兆帕(MPa)到最高的2000兆帕,跨了一个数量级。软钢比较常见就不多说了。习惯上,我们把抗拉强度超过500兆帕的钢称作先进高强钢(AHSS)。先进高强钢中又分作第一代高强钢,主要是双相钢(DP),塑性引导相变钢(TRIP),复相钢 (CP) 等等。其中双相钢是用的最多的。第二代高强钢以孪晶诱导相变钢(TWIP)为代表。

  虽然孪晶诱导相变钢强度和延展性都不错,可是由于价格和性能(屈服强度太低,曾经有过延迟开裂的问题)等等原因,目前几乎没有应用。第三代高强钢是目前汽车钢研究的热点,比较有代表性的是淬火配分钢(QP),已经有主机厂使用。其他的如中锰钢,贝氏体。

  说了这么多,小伙伴们知道了钢的家族有这么多能力和特性不同的成员,以后就不要再用钢板厚度去衡量车的安全性啦:不同的钢板性能差太多!

  下面再说说铝。最近几年铝可算是车身材料中的宠儿,全铝车身概念不断有人在炒。那是不是全铝车身就一定比钢车身更安全呢?当然不是了。铝的分类一般按照合金成分,一共有九个系列。目前在车身上用的比较多的就5, 6, 7系铝材。其中5系因为变形模式的问题,不适合做汽车的外观件,所以车门、发动机罩盖、侧围这种抛头露脸的机会一般就送给6系啦,专业上叫做A级表面。7系算是铝合金中的高强材料,抗拉强度一般500兆帕,已经是目前铝的极限了。和前面刚提到的钢相比,基本就是先进高强钢的入门级水平。所以以后说铝合金强度有多高,千万别拿钢做参照,比不过啦~

  不过铝的天然优势是密度小,只有钢的三分之一。在同样的体积下,重量也就是钢的三分之一,所以在车身轻量化上还是有很大用武之地。最体现其价值的地方是覆盖件,毕竟强度在这个位置不那么重要。至于与结构安全相关的零件,要看设计水平来整体把握:比钢轻?还不一定呢。

  一个基本原则:对的材料用在对的地方。换句话说,不同位置的需求不同,需要的材料也不一样。

  汽车材料选择中需要考虑的最重要的一点就是面对碰撞时的安全性。对于碰撞安全,车身可以分成两个主要的区域:吸能区与安全区。如图2所示,车身的前后位置可以认为是吸能区,而中间乘客坐的位置,被定义成安全区。

  不同区域对材料的要求很不一样。比如汽车的前后部,包含前后纵梁、吸能盒等零件。其需要的主要功能是对于来自前后端的碰撞进行能量吸收。强度和变形围成的面积可以大约认为是材料吸收能量的能力。我们当然不希望这些吸能零件在碰撞的过程中过早断掉,所以有一定的延伸率是对这些零件的基本要求。其次的需求是强度。强度不要过强以至于把主要能量向后传递,也不要过弱以至于达不到吸收足够能量的功能。合适的强度和良好的变形能力就是这些零件的需求。6系7系铝合金,600MPa级的高强钢都是合适的选择。

  驾驶员和乘客的安全绝对是重中之重。一个对安全区形象的描述就是“安全笼”(safety cage)的概念。组成“安全笼”的零件包括A柱,B柱,上下门槛,车门防撞梁等等。车身上最强的材料,比如热成形钢和高等级的先进高强钢就用在这里。这里对材料的要求很高,一方面希望材料足够强以至于对安全笼的侵入量很小,不要伤害到乘客。另一方面在这很小的侵入过程中,还是希望能吸收足够多的能量,材料不要破坏。

  记住一点,碰撞的动能不被零件吸收,就可能被人吸收。碰撞中最重要的不是车子零件的变形程度,而是人的安全。以后大家对网上那些车辆碰撞以后谁赢谁输的图片和视频,要有科学的判断~

  车门和发动机罩盖这种覆盖件对强度的要求就很低了,最主要的是刚度变形的要求。这里普通的软钢或者6系铝板都可以使用。铝板的减重效果在这些零件上体现的很明显。不过因为铝的成形性不够好,如果发生了小规模剐蹭,铝板是没办法修理的,只能更换。这方面钢板就方便多了。

  爱驰U5采用的是上车身钢,下车身铝的车身结构。在作为吸能区的下车身前端,使用了5,6,7系铝板、铸造铝、挤压铝等等不同的材料,最大程度的实现吸能的功用。而上面提到的“安全笼”区域大量的使用了先进高强钢和热成形钢,甚至于目前车身上最强的2GPa纳米热成形钢,保证了成员仓的安全。顺便说一句,咱们爱驰U5 ION 可是全世界首款使用2GPA强度热成形钢的SUV。

  除了材料本身的强度,零件之间的连接强度对车身安全也非常的重要。不同的材料对应不同的连接方法,从适合同种材料的焊接到适合异种材料的机械冷连接,需要选择合适的方法。

  说到这,朋友们对车身材料的选择是不是有了基本的了解呢?如果你有更多与车身材料相关的问题,也欢迎给我留言,咱们一起探讨~如果还有其他和新能源汽车相关的各种问题,都可以直接抛来,我直接抓一只相关领域的工程师亲自解答(*`▽´*)

  材料种类的合理应用,车身性能的合理分配,兼顾重量和成本,这是选择高强材质的依据

  题主所说的车身答题者们都默认了白车身,我也不例外,至于什么是白车身,已经被解释的太多了,这里不在赘述。如果想看,下边这篇文章里第一段有解释,可做参考。

  问题提出时间是2014年,距今五年,五年变化很大,新兴车企层出不穷,折戟沉沙的也不在少数。

  五年时间技术在革新,材料在变化。高强度材质也不在仅仅局限于钢板,白车身也不再是单一的“white”了。目前白车身上应用的的材料主要有钢、铝合金、碳纤维、复合材料、工程塑料、镁合金等。但是钢和铝合金扔是主流,碳纤维和复合材料还没应用到关键接头部位,仅仅尝试使用在后窗台板、备胎池、外覆盖件等部位。

  碳纤维、塑料大范围应用还需要时间,本文主要从主流的刚和铝合金说说白车身应用的高强度材质。

  钢:每个主机厂对高强钢的定义都不相同,每年看车身年会报告里的高强钢比例,也只能看看。但是两种定义方式是一定的,分别为屈服强度和抗拉强度。

  屈服强度:金属材料发生屈服现象时的极限,也就是其自身能够抵抗塑性变形的能力,而有些金属不会出现明显的屈服现象,我们人为规定以产生0.2%残余变形的应力值作为其屈服极限,称为条件屈服极限或屈服强度。

  以屈服强度为横梁标准,通常大于260Mpa我们就可以称为高强度钢板,也有人认为大于180Mpa就可以称为高强度钢板,DC01(宝钢)在这个范围内,个人并不认为这算是高强度钢板。

  抗拉强度:金属由均匀塑性形转为局部集中塑性变形过渡的临界值。抗拉强度即表征材料最大均匀塑性变形的抗力,拉伸试样在承受最大拉应力之前,变形是均匀一致的,但超出之后,金属开始出现缩颈现象,即产生集中变形。

  以抗拉强度为横梁标准,通常大于340Mpa我们称之为高强度钢板,大于1000Mpa称之为超高强度钢板。热成型件已经达到1500Mpa。

  铝合金:对于铝合金这种材料而言,无论抗拉强度和屈服强度都无法和钢相比,即使是牛X的七系,抗拉也仅仅350Mpa左右。现在很多车企钟情于它,无非是铝合金的密度小,仅仅为钢的1/3,从而达到轻量化的目的。铝合金划分主要分为以下几种可变形铝合金:

  其中1、3、4、5系不可热处理强化,2、6、7、8可做热处理强化。其实还有9系铝合金,作为备用,不常用。

  铸造铝合金通常被看做不可变形的刚性体(不绝对,硬说它会变形,我也没办法,不抬杆)。

  就白车身上的应用而言,根据铝合金的材料特性,5系、6系、7系、铸造铝应用较为广泛,其中7系和铸造铝被视为高强度材质。

  介绍完高强度材质后回到题主的问题,白车身哪些部位才会使用高强度材质?为什么?

  总结不太精准的一句话 “能保命和让乘员舒服的地方”,哪些地方需要做保命措施,请看下图!

  1、 机舱区域的前防撞梁、前纵梁、机舱横梁、塔座:这些都是构成机舱的安全结构件,防止在正碰、偏置碰过程中乘员舱侵入量过大。纵梁通常采用超高强度钢,机舱横梁很多主机厂采用热成型件。随着碰撞法规越来越严格,C-IASI没事来一波,总把人搞得心惊肉跳,最近第二波中保研的第二波结果出炉,知乎上有关话题讨论的热火朝天,给汽车人增加了茶余饭后的话题,被测车型几乎全军覆没,给车企敲响警钟,给设计工程师也一棒打醒,白车身换玩法了,自此“第二收费站”正式开业。

  2、 侧围区域的A柱内板、侧围门环加强板、B柱内板、后轮罩:其中A柱内板、A柱加强板处于机舱和乘员舱关键过渡区域,在偏置碰、正碰、顶压测试过程中能够有效的受力及传递能量。通常采用超高强钢或者热成型,随着中国引入各种法规,各厂家在材料的应用上也更加大方,热成型板应用更多。B柱区域的要求越来越高,尤其2018版C-NCAP的实施,侧碰试验台车抬高,将门槛和座椅横梁的部分压力转移给B柱,所以新款车型已热成型钣金居多,已减少侧碰过程中的乘员舱侵入量。

  3、 地板区域:座椅横梁、中通道、门槛、后纵梁、后防撞梁组件:从图片可以看出,这些零件构成了下车体的框架结构,对碰撞过程中的横向、纵向受力,白车身性能中的弯扭刚度、模态合理分布都至关重要。

  钢制车身中,门槛多应用热成型,相比超高强钢,可以减薄料厚,来达到轻量化的目的;前座椅后横梁采用超高强钢,从结构上设计,尽最大努力减少变形量,后纵梁的设计要求已经在慢慢的提高,高速后碰、低速后碰、RCAR等,对后纵梁、后防撞梁组件的吸能、结构、材料配置、刚度分布都提出了更高的要求。以前总能看见同一款车,国内国外设计差别很大,其中材料强度上的差别更大,随着客户对安全性越来越重视,中保研的介入,这种情况相信会逐渐改善。

  铝制车身中,除了后纵梁采用铸造件之外,其他零件基本都会采用挤出型材,一方面是因为挤出型材价格低,另一方面是挤出型材的刚度也还不错,对车身的弯扭刚度贡献度很大。其中门槛采用多孔大截面结构。后纵梁后段采用挤出型材,通过几次参与的碰撞试验中分析,后纵梁后段建议采用“目”字型结构,且纵向尺寸大于横向尺寸,这样在高速后碰过程中,后段能够有效的吸能,不至于和铸造件搭接处快速折弯。

  1.大部分车辆的车体骨架部分适合使用高强度、超高强度钢板(需要强度和应对碰撞的部分)

  在车身材料中使用大量高强度钢是进入21世纪后,在之前的90年代一般都在应对碰撞部分使用。在那个增加重量仍然被接受的年代,有很多方法将高强度钢拼接在普通钢板上。所以那时候是通过增加钢板厚度来增强刚性。但是后来发现除了要应对碰撞法规增加刚性和强度外,环境法规也越来越严,这就需要在耐碰撞性能和燃油消耗之间取得平衡,越来越重肯定是不行的。

  而燃油消耗可以通过车辆的轻量化来实现,这就要引入一个词,材料的“重量强度比”,同一个车身材料的重量和强度是成比例的,轻量化会导致强度的下降。现在既要满足碰撞安全性来增加强度,又要满足环境法规节能减排做轻量化。为了满足两个条件,主机厂们决定在车身材料上下功夫来实现。实现的方式之一就是使用高强度钢,因为高强度钢相比普通钢,强度上去了,重量和厚度都降下来了。如果将普通钢材换成高强度钢就可以满足前述两个条件。(其实还有生产工艺和结构合理化等方式,因为题目集中在高强度钢另两种方式就不做展开讨论)

  原来的普通钢材要提升强度就要增加厚度,这样重量也跟着增加,与轻量化相违背,所以要用强度高同时薄且轻的材料来替换原来的钢材。

  轻量化有多种方法(如下图),替换材料只是其中一种。一辆汽车大约有3万个零部件构成,铁、有色金属、合成树脂、天然材料等各种各样的材料被用在适当的地方。其中最主要的材料是“钢铁”。在替换车身材料的过程中,除了高强度钢外,还有铝、镁等其他材料。而且替换的时候还要遵循结构合理化,因为有些地方不需要高强度材料,如果用了除了增加成本、重量外基本没啥好处。

  替换材料说起来很简单,执行起来是有代价的。其中最主要的限制原因是成本。下面的图表显示了上图可替换材料的成本与轻量化间的关系。除高强度钢外,其他材料的成本都很高,但那些材料的轻量化效果更好,同时强度也不比高强度钢差。下图中的结构合理化位于最下方且有个大箭头,它所代表的含义是如果结构合理化做的好,可将车身整体所用材料的成本都降低。

  而结构合理化也可以理解为是第二个原因,高强度钢不是在所有的地方都适用,比如车身面板的材料用铝就比用高强度钢更合适。还有从碰撞安全角度看,车身特性也要满足两个条件:碰撞时不能压缩生存空间,碰撞过程中加速度峰值不能太高,要有较缓和的加速度曲线(说人话就是驾驶舱至少不能变形,碰撞时不能硬碰硬、速度瞬间减为0人也就凉了...)

  面板和骨架在车身中所被用的物理特性和性能指标是不同的,下图是日产车体技术开发部的工程师千叶晃司列举的这两种材料在车身上所需的物理特性和计算公式。在每个项目中提取起到主导作用因素的代表性指标,最右边红色框内的数值是特性指标/质量后的结果,既单位质量下材料的性能指标。

  接着将各种材料的数据带入公式可以得出下表,当340MPa钢板的单位指标数值是1的时候,对比其他材料的单位质量性能指标,从而得出各材料适合用在什么位置,如下方箭头所示。这是从材料力学的角度来判断在车身什么位置使用什么材料。

  从这个表可以看出,高强度钢适用于车体骨架的部分,因为它的强度、耐碰撞性的性能指标较高,而车身骨架部分就需要这几个特性。车体骨架大致有地板的横梁、纵梁,顶部横梁、纵梁,侧面A、B、C柱等,根据车辆设计需求而不同。

  其实选择材料的判断标准有很多,如上面所说的成本。关于成本的判断,很少用零件还没完成时的单体部件做成本判断。然后就是根据物理特性判断,如上图表格,但这只是判断起点,还要根据工程师经验和一些技术特点综合来考虑。

  另外说个题外线系铝的这几个性能指标比高强度钢更好,但是为什么没有用?因为前面说的成本问题。其实相比高强度钢,铝的使用也在进一步的增加,因为环境法规日益严格,可以看到高强度钢对应的界限。特别是近年来,迅速普及的铝铸件制成的悬架支臂就是这种趋势之一。现在很多主机厂都在发展用于车辆结构的新型铝合金,需要高强度,高伸长率和优异的焊接性。另外,这种铝合金还不像标准车身材料那样大量流通,主机厂一般都用在高端车型上,因为需要一定的生产条件,每个主机厂都独立开发。比如据说初代NSX为了生产全铝车身,本田自己建了个发电厂。

  @Shijia和@AstroK两位把原因说的很全了,@梅赛德斯-奔驰曾经拆解过一台老款的B系列给大家展示车辆安全性,把车身材料做了标记,PO几张图,实车的,可能直观一点,大家一起瞅瞅

  谢@赵世奇邀。作用和其他原理上面都说得很多了,我来写业内情况,虽然现在写这个答案也不会有什么人看了。

  第一集团:瑞典钢铁(在高强度钢方面做得最好,瑞典国企),阿塞罗米塔尔(法国印度合资)

  为什么写这些?题主感觉问题没得到解决的话,可以去查上面那些公司的主页,有video,有catalogue。比如下面这个:

  车身各个部位需要的材质的本身需求是不同的,因为整车是一个结构,其目的在于更好的保护乘客的安全。

  所以吸能区的材质要一定的屈服强度,很高的抗拉强度。而包围着乘客区的这一圈则需要屈服强度高,不容易变形。(屈服强度高不一定就等于硬,有可能还比较软)

  但是最终还是结构发挥最大的作用,但是一般媒体观众不明白,比方说胸口碎大石不能说明你的肋骨屈服强度高。

  汽车车身需要高强度钢的车身部位有:A柱、B柱、C柱、侧围上边梁、门槛边梁等。这些部位使用高强度钢的原因主要是在发生事故的情况下,保证车身的骨架完整性,保证乘客的安全。车身结构件使用高强钢、热成型钢是目前的轻量化趋势。

  额,,,就这个问题楼上说的很明白了,,,在这我要补充一下在汽车上使用的高强度材料种类,虽然大众经常使用的车中的高度材料普遍为高强度钢材,但是发展趋势却是高强度铝材,还有一些复合材料或者昂贵到不行的碳纤维。而就高强度钢来说,即使是强度差不多的高强度钢材,厂家的后期处理也是会影响到钢材对人的保护能力,比如高强度钢材的截面形状,高强度钢的焊接工艺或者焊接质量,都会影响高强度钢发挥的作用。有点跑题,勿喷,最后强烈鄙视哪些用所谓的钣金厚度评价一个车的技术先进性还有安全性的人。。。

  车体骨架部分吧,毕竟考虑到出现大型事故的话,车体骨架材质好的话就能够减少车身变形的严重度,很大程度上保证了驾驶人员和乘坐人员在车里的安全。有朋友建议说高强钢的比例很重要,尤其保命位置,车的顶盖横梁,车身侧围和车身下部都得必须用到;当然有的车型不但在这些位置上用了高强钢,其他的部分也用了高强钢,比如宝沃BX7的高强钢的比例达到了79%,同级别的车型中很少能达到这个水平,想买车的朋友可以自己去了解一下

2020-05-09 02:54

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