1 車身結(jié)構(gòu)：    1.1 車身分類：    一般來講，比較明確而又合理的分類形式是從結(jié)構(gòu)和設(shè)計觀點出發(fā)，    按車身承載型式來分，可將車身分為：非承載式、半承載式和承載式三大    類：    1. 非承載式（有車架式）    一般，貨車（除微型貨車）、大客車、專用汽車和大部分高級轎車上都    裝有單獨的車架，車身上的載荷主要由車架來承擔，但車身仍在一定程度    上承受由車架彎曲和扭轉(zhuǎn)變形所引起的載荷。    2. 半承載式    半承載式是一種過度型的結(jié)構(gòu)，車身下部仍保留有車架，不過它的強    度和剛度要低于非承載式的車架，一般將它稱之為底架。它之所以被命名    為半承載式是出于以下考慮：讓車身也分擔部分載荷，以此來減輕車架的    自重力。這種結(jié)構(gòu)型式主要體現(xiàn)在大客車上。    3. 承載式（無車架式）    承載式車身無車架，車身的強度和剛度通常主要由車身下部來予以保    證，一般中低檔轎車車身屬于承載式車身。以 S11 車身為例，如下圖所示：    （少圖）    1 / 39    其前端由兩根前縱梁、前圍板，輪罩形成一剛性較強的框架；車身中    部、后部由左、右側(cè)圍（包括頂梁、門檻梁、A 柱、B 柱、C 柱等）和地    板、頂蓋和后備門框等構(gòu)成的盒形結(jié)構(gòu)    隨著立體交叉道路和高速公路的普和，轎車車速不斷增高，在轎車輕    量化的同時，還必須從保護乘員人身安全的角度出發(fā)來仔細研究車身的結(jié)    構(gòu)設(shè)計。一般車身結(jié)構(gòu)分為剛性結(jié)構(gòu)和彈性結(jié)構(gòu)，如果在車身前部和后部    均為彈性結(jié)構(gòu)而中部為剛性結(jié)構(gòu)的情況下，就能確保乘員安全。所以，在    車身開發(fā)的前期階段，CAE 分析尤為重要。    1.2 車身結(jié)構(gòu)：    車身總體尺寸和形狀以和承載的結(jié)構(gòu)型式確定后，即可著手進行細致    的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計。設(shè)計車體結(jié)構(gòu)大致按以下步驟進行：    1）    確定整個車體應(yīng)由哪些主要的和次要的構(gòu)件組成，使其成為一    2 / 39    個連續(xù)的完整的受力系統(tǒng)；確定主要桿件采取怎樣的截面型式－閉式的或    開式的。    2）    確定如何構(gòu)成這樣的截面，截面與其他部件的配合關(guān)系，密封    或外形的要求，殼體上內(nèi)外裝飾板或壓條的固定方法以和組成截面的各部    分的制造方法和其裝配方法等。    3）    對各個截面的初步方案制定以后，可以繪制由一個截面過渡到    另一個截面的草圖，桿件連接結(jié)構(gòu)草圖以和與此同時所形成的外覆蓋件    （殼體、蒙皮）草圖。    4）    將車體分成幾個分總成，例如 S11 可以分為四門兩蓋、底板、    發(fā)動機艙、側(cè)圍、頂蓋、后圍等；按分總成著手劃分殼體進行分快，并在    主要的大型沖壓件間的接縫處劃線和注明連接型式，以便與制造部門進行    商榷。    5）    6）    同時進行應(yīng)力分析計算。    進行詳細的主圖板設(shè)計，并畫出零件圖。    車身骨架設(shè)計應(yīng)滿足車身剛度和強度的要求。剛度不足，將會引起車    身的門框、窗框、發(fā)動機艙口和行李箱口的變形，車門卡死；低剛度必然    伴有低的固有振動頻率，易發(fā)生結(jié)構(gòu)共振和聲響，并削弱結(jié)構(gòu)接頭的連接    強度；此外，還會影響安裝在底架上底總成底相對位置。而強度不夠則將    引起構(gòu)件出現(xiàn)裂紋和疲勞斷裂。    在進行上述具體設(shè)計前，首先要了解對車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求以和如何    實現(xiàn)這些要求，在技術(shù)還是不太成熟時期可以借鑒別的車型上的積累的經(jīng)    驗，下面以 S11 為例分段介紹。    3 / 39    一：桿件的設(shè)計：    在設(shè)計車身時，都要認真考慮桿件的設(shè)置。骨架桿件可分為三類：    1）    功能所要求設(shè)置的，如門柱（A、B、C）柱、窗柱、門檻、    門框上橫梁等、    2）    加強用的，如懸置處設(shè)置的加強板，門、蓋鉸鏈處的加強板，    鎖扣處的加強板等。    3）    為安裝附件而設(shè)置的非承載件，如頂蓋上為安裝天窗而設(shè)置    的框架等。    顯然，1）、2）類是車身的主要承載件，應(yīng)有足夠的剛度和強    度，并構(gòu)成一個連續(xù)完整的受力系統(tǒng)。    S11 車身為承載式轎車車身，其骨架見下圖（車門后面介紹），    車體骨架結(jié)構(gòu)分為車身下部總成 1、側(cè)圍總成 2 和頂蓋部分 3 等。    
   車體的縱向受力元件為前、后縱梁（在發(fā)動機艙和后底板總成里）、    門檻（側(cè)圍總成和底板總成里）、側(cè)圍上部等，縱向受力元件是前擋    板（發(fā)動機艙內(nèi)）、前后底板橫梁、頂蓋橫梁、后圍板等。    車身下部總成又可分為發(fā)動機艙、前、后底板、后圍板等四塊，    其中發(fā)動機艙主要由前縱梁、前圍板、輪罩等組成，這部分承受比較    大的集中力，如發(fā)動機、散熱器、發(fā)動機罩和前減震器的支撐反力等，    而底板部分主要承受分散在底板上的力，如車體自身重力、乘客重力、    車門重力等；以和承受油箱、備胎和行李的集中重力等，因此，車體    結(jié)構(gòu)中易出現(xiàn)載荷分配不均衡和剛度不適應(yīng)載荷要求的情況，這將影    響系統(tǒng)的總變形。    現(xiàn)在的發(fā)展趨勢是擴大車身光照部分的總面積，所以必然要減    小腰線以上支柱的截面；考慮到提高空氣動力性能的要求，前風窗支    柱后傾角更大了；因此，為加強支柱，出來采用閉口截面外，在風窗    支柱和車體前圍側(cè)板之間采用了上面與風擋柱連接，下面與側(cè)板連接    的加強板；此外，還必須通過儀表板支架和風窗上橫梁加強左右支柱    的橫向連接，S11 正是這一點的體現(xiàn)。    二：桿件截面形狀與剛度的關(guān)系：    薄壁桿件的截面形狀對其截面特性有很大影響，與剛度有關(guān)的    5 / 39    截面特性是彎曲慣性矩 I，扭轉(zhuǎn)慣性矩 Jk 等。    薄壁桿件的截面形狀可分為閉口和開口兩類，他們的截面特性    有較大差別。例如，對于閉口截面，扭轉(zhuǎn)慣性矩 Jk＝4As×As×t/s，    式中 As 為板料厚度中線所圍成的面積、可見，中線周長 s 一定，材    料厚度 t 一定，抗扭慣性 Jk 與 As 的平方成正比，而截面形狀無獨立    意義，所圍面積大小則很重要。圓形截面對抗扭最有利。矩形截面中，    正方形抗扭能力最高，當矩形兩邊之比 h/b>2 式,扭轉(zhuǎn)剛度明顯下降。    下表為材料面積 A 相等（周邊的長度 s 和料厚 t 均相等）而形    狀不同的截面特性的比較示例。表中分別表示對主慣性軸 y 的抗彎慣    性矩和抗彎斷面系數(shù)，Wk 為抗扭斷面系數(shù)。    
   注:表中各截面參數(shù)的數(shù)值是歸一化后的數(shù)值 ,即分別以三種截面    的最大值為 1    可見,在材料面積 A 和壁厚 t 保持不變的情況下,閉口截面的抗彎    性能稍次于開口截面，但閉口截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩要比開口截面大多    了。    因此，從提高整個車身和構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)剛度出發(fā)，宜多采用閉口    截面，但是還需要考慮構(gòu)件截面的其他因數(shù)，如結(jié)構(gòu)功能、配合關(guān)系    以和制造工藝等等，因此，實際車身骨架構(gòu)件的截面形狀往往是比較    復(fù)雜的。    以 S11 側(cè)圍為例截面形式如下：    7 / 39    S11 為承載式轎車車身骨架截面示例；為了提高扭轉(zhuǎn)剛度，幾    乎都采用閉口截面。    當對車身骨架初步設(shè)計方案進行有限元分析后，可根據(jù)計算得    到的內(nèi)力分布情況，適當調(diào)整構(gòu)件的截面形狀和尺寸。    三：骨架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中：    當受力桿件的截面發(fā)生突變時，就會由于剛度突變引起截面變    化處應(yīng)力集中。在經(jīng)常承受交應(yīng)變應(yīng)力的汽車車身上，應(yīng)力集中可能    誘發(fā)進展性裂縫，導(dǎo)致疲勞損壞，甚至斷裂。這是車身結(jié)構(gòu)損壞的重    要原因之一。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要避免截面急劇變化，特別是要注    意加強板和接頭的設(shè)計。    S11 就曾出現(xiàn)此類問題，如圖所示為 S11 的后底板后橫梁橫臂    板，在應(yīng)力集中區(qū)由于設(shè)計了過渡臺階面且翻邊正好到臺階面處，導(dǎo)    致此處應(yīng)力集中在路試過程中疲勞損壞直致斷裂，    8 / 39    應(yīng)力集中區(qū)    因此在后來的設(shè)計更改中更成下圖，在應(yīng)力集中于減緩臺階面    加長翻邊距離且加寬件的截面寬度等等，避免產(chǎn)生應(yīng)力集中使應(yīng)力均    勻?qū)懀?   在車身上又很多受有集中力需要使用加強板的部位，如固定車    門鉸鏈的地方、懸掛操縱踏板處等。但是應(yīng)合理設(shè)計加強板的大小和    厚度。加強板太小，則不足以將集中載荷通過加強板分散到較大的面    積上；加強板太大，則會增加質(zhì)量，一般加強板的厚度比加強件的板    料為厚，但厚度不宜相差懸殊，否則，不僅咱加強板邊緣由于剛度突    變會引起集中而出現(xiàn)裂紋，而且對焊接強度也是不利的。如 S11 安    裝前門鉸鏈部分外板為    0.75mm    安裝板為 0.9mm，加強板為    1.5mm    9 / 39    在設(shè)計車身時，承載桿件上需要開一些孔洞，以便安裝各種導(dǎo)    線、管路和機構(gòu)等。顯然，由于這些孔洞將產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)盡可能    將孔位選在應(yīng)力較小的部位。此外，開一個大孔比開數(shù)個小孔應(yīng)力集    中更嚴重。    在設(shè)計 S11 車身初期，犯了一個較為嚴重的錯誤，只是借鑒別    的車的現(xiàn)有的經(jīng)驗，未對車身骨架設(shè)計方案進行有限元分析，所以有    部分車身件在路試過程中出現(xiàn)問題，如左懸置支架的斷力，上面所說    的后底板后橫梁橫臂板斷裂等。    所以在對車身骨架設(shè)計方案進行有限元分析后，能得到內(nèi)力分    布情況，適當調(diào)整構(gòu)件的截面形狀和尺寸。    四：門、和蓋的說明    2．    斷面圖：（可以在門、蓋里說明）    重要性：車身斷面圖是車身設(shè)計人員不可缺少的必修課，從斷面圖可    以很清晰的反映車身各個部分的結(jié)構(gòu)，件與件之間的搭接關(guān)系，怎樣才能    準確的畫出車身斷面圖（仔細的觀察車身結(jié)構(gòu)和多練，熟能生巧），哪幾    部分的斷面圖是重要的（四門兩蓋壓合邊，四門與側(cè)圍，兩蓋與頂蓋、側(cè)    圍等等，其實車身各個部分的斷面圖都是很重要的），    3.    S11 沖壓用材料    3.1 沖壓材料的主要力學(xué)性能指標    （一） 屈服強度    屈服強度小，材料易于變形，當壓縮變形時，不易起皺，對彎曲    變形，會彈性小，即貼模性和定型性好。    10 / 39    （二） 屈強比    屈強比越小，即材料易于塑性變形而不易拉裂。    （三） 伸長率    伸長率表示板料產(chǎn)生均勻變形的或穩(wěn)定的塑性能力，直接決定伸    長類變形中的沖壓成型能力。伸長率是影響翻孔或擴孔成型性能    最主要的參數(shù)。    （四） 應(yīng)變強化指數(shù) n    n 值越高，表示鋼材在成型加工過程中高變形區(qū)強度較高，變形    較易傳播到領(lǐng)近的低變形區(qū)，從而應(yīng)變分布較為均勻，減少局部    變形集中的現(xiàn)象。n 值對于拉脹成形尤為重要。    （五） 塑性應(yīng)變比 r 值    由于冷軋鋼板各方項性能不同，r 值代表鋼板拉伸時，寬度方向    和厚度方向應(yīng)變比值。R 越大，表示材料越不易在厚度方向發(fā)展    變形，深沖性能越好。    除了以上幾種主要的力學(xué)性能，常見的還有杯突值（ IE）和烘烤硬化    值(BH)。杯突值用于評價板料的拉脹形能。杯突值越大，拉脹形能越好。    烘烤硬化值是指試樣進行拉深后 170 溫度下保持 20 分鐘時屈服強度的上    升量，是烘烤硬化鋼的主要性能之一。    3.2    S11 沖壓件用的材料    （六） 深沖鋼板,又稱深沖級普通強度冷軋鋼，包括 ST12,ST13,ST14    （ST1405,ST14F,ST14HF）。    11 / 39    ST12 又稱鋁鎮(zhèn)靜鋼，具有一定的強度和好的塑性。用于汽車水    箱外殼等一般成形加工。    ST13 和 ST14 又稱特殊鎮(zhèn)靜鋼，即非時效鋼。這種鋼與 ST12    相比較，沖壓成形后，零件表面不產(chǎn)生滑移線，即沖壓件    表面質(zhì)量較好。ST13 常用于汽車門窗等沖壓成形的加工。    ST14 常用于汽車油箱等深沖壓成形加工,ST1405 中 05    表 示 鋼 的 表 面 質(zhì) 量 較 好 ， 沒 有 劃 痕 等 缺 陷 ， 而    ST14(F/HF),F 表示復(fù)雜拉延級，HF 表示很復(fù)雜拉延級。    （七） 高強度鋼板，又稱深沖級含磷高強度超低碳鎮(zhèn)靜鋼，包括    B170P1 和 B210P1。    由于該鋼板中加入磷，由于磷具有很強的強化能力，約是硅的 7    倍，錳的 10 倍，所以要獲得同等強度，只需加入少量的磷即可，    同時還避免由于加入大量的硅與錳而帶來塑性和延伸率的降低。    另一方面，該鋼中的碳含量很低，提高了鋼的塑性和延伸率。所    以該類鋼具有良好的沖壓性能和高的強度以和具有烘烤硬化性    能。    （八） 超深沖鋼板，又稱超深沖高強度超低碳 IF 鋼，指 ST16,ST1605。    由于該鋼中加入了強碳，氮化活物，固定了鋼中的碳氮原子, 故    該鋼又稱無間隙原子鋼。該鋼具有非常好的沖壓性能以和具有好    的烘烤硬化性能。    （九） 烘烤硬化板，又稱超低碳烘烤硬化鋼，指 B140H1,B180H1。    該鋼在冷軋退火時，碳氮原子以間隙固溶存在，當預(yù)變形后高溫    12 / 39    時效處理時，碳氮原子向位錯處聚集釘扎，提高了材料的屈服強    度。故該類鋼具有良好烘烤硬化性能。鋼板在沖壓成形前既有較    低的屈服強度，經(jīng)拉深變形或沖壓成形后，并進行涂漆烘烤，屈    服強度得到一定的提高，即抗凹性能得到提高。    （十） 酸洗鋼板，包括 SPHC,SPHE,SAPH370。    該類鋼具有生產(chǎn)流程短，成本低，以和較高的強度和較好的延伸    率，用于制造汽車車架，車輪等零件。    公司允許材料,一下代用材料：    BLC 低屈服點冷連軋鋼帶    屈服點低，沖壓可塑性區(qū)域廣，形狀穩(wěn)定性好。    BLD 抗時效性低屈服點冷連軋鋼帶    沖壓性能較 BLC 更好，且不易產(chǎn)生滑移線。    BUSD BUFD 非時效性超深沖冷連軋鋼帶    優(yōu)良的沖壓成形性能，可減少沖壓道次。    3    小加強板，左右后安全帶下支點加強板，前擋板橫梁中    間加強板，前擋板橫梁左加強板，前圍上橫梁左/右支    撐板，左/右底梁前支撐板，后門所安裝板本體，副儀    表板后安裝支架，后座椅安裝板，左右前懸控制臂座后    支架，前擋板安全板本體，儀表臺左/右上安裝支架 ，    暖風器左/右下安裝支架 ，保險絲盒安裝支架，側(cè)圍緩    沖器安裝板，左右后門玻璃前導(dǎo)軌連接板，高尾剎車燈    安裝板，儀表板左/右下安裝板支架，洗滌液罐前支架，    左/右后安全帶下支點安裝板，左右后縱梁內(nèi)加強板，    油箱前安裝支架，發(fā)動罩支桿支架，左/右后縱梁外側(cè)    支架，轉(zhuǎn)向柱固定支架安裝板，輪罩護板安裝支架，排    氣管掉臂支架，左右側(cè)固定扶手加強板，前門玻璃后導(dǎo)    軌連接板，左/右后門玻璃前導(dǎo)軌連接板，后底板中間    橫梁托板，左右前縱梁后下底板加強板，手制動固定支    架，左右前懸控制臂座前支架，電瓶前安裝支架、電瓶    后安裝支架、空濾器安裝支架、雨刮器電機安裝板本體、    左右前門鎖加強板、后背門緩沖器安裝板、雨刮器電機    ST12    安裝板、左右前縱梁后下底板前支撐板、左右前縱梁后    下底板后支撐板、懸置安裝帽、左右前下支板本體、左    右前門上鉸鏈安裝板、油箱前安裝支架加強板、后縱梁    前下支板加強板、油箱右安裝支架、前圍上橫梁左加強    板、左右后門上鉸鏈安裝板、左右翼子板安裝支架、左    右 B 柱鉸鏈安裝板、左右前縱梁后下板、左右前座椅安    16 / 39    全帶加強板、后底板中橫梁安全帶固定板、前圍上橫梁    右加強板、后端板本體、發(fā)動機懸置左右支架、發(fā)動機    前圍上橫梁下蓋板本體，后頂橫梁加強板，左右前門外    板窗框加強板，    中頂橫梁，后頂橫梁，左右后流水槽上部本體，左右后    門外板窗框加強板，后底板前橫梁本體，后底板中橫梁    本體，后底板后橫梁本體，左/右后視鏡外安裝板，前    拖溝板本體，鎖板安裝板，水箱上橫梁左/右加強板,左    右前門窗框后加強板，左右前支撐板，左/右后視鏡內(nèi)    ST13    安裝板，    左/右后門玻璃后導(dǎo)軌上安裝板，儀表臺橫梁左右安裝    板，前擋板橫梁，    左右門鎖加強板，冷卻液罐安裝支架，左右后梁加強板    前部本體，轉(zhuǎn)向機安裝加強板，左/右前縱梁加強板 ，    散熱器左/右安裝支架 ，前橫梁左/右安裝板本體，后    拖鉤安裝板    -    ST14    05    左右/翼子板，左/右后門外板，左/右前門外板，后背    門外板    17 / 39    前風擋橫梁本體，后背門內(nèi)板，后底板本體，前底板本    體，前后側(cè)圍內(nèi)板后部本體，前座椅安裝板，左/右后    HF    縱梁吊掛加強板，左/右后縱梁本體，前座椅后內(nèi)支座，    左/右前輪罩內(nèi)板，左右前門鉸鏈加強板，碳罐加強板，    左/右前縱梁后底加強板, 換擋手柄固定座(允許代用    ST12)    超深    沖鋼    板    ST16    左/右側(cè)圍外板（ST1605）,發(fā)動機罩內(nèi)板，左/右后門    內(nèi)板，左/右前門內(nèi)板，加油口盒，左/右尾燈安裝板，    前后椅外支座，轉(zhuǎn)向機左/右安裝支架，    左右 B 柱加強板    前頂橫梁、前擋板本體、后門欄外板本體、左右前輪罩    外板、左右輪罩內(nèi)板、左右大燈內(nèi)安裝支架、左右底梁    高強    度鋼    板    B170P1    加強板候補本體、左右前門內(nèi)板窗框加強板、左右后內(nèi)    板窗框加強板、左右 A 柱加強板本體、左右 C 柱加強板、    左右前輪罩外加強板、前座椅橫梁本體、左右前豎板本    體、水箱上橫梁本體、左右前縱梁本體 1、左右前縱梁    本體 11    18 / 39    左右 A 柱內(nèi)板、左右 A 柱加強板、左右前底版連接板、    備胎安裝支架本體、蒸發(fā)器安裝支架、后門欄上內(nèi)板本    體、水箱上橫梁右下支架、左右前輪罩后下支板、左右    側(cè)上梁內(nèi)板加強板、排氣管吊架、前擋板左右外加強板、    前擋板左右內(nèi)支板、儀表板下安裝支板、保險杠左右安    裝板支架、水箱上橫梁左下支架、前擋板下加強板、前    底版后支板、儀表板固定座固定板、左右大燈外安裝板    B210P1    支架、左右后座椅上支架、左右安全帶安裝板、底梁支    撐板、左右前輪罩前支板、左右前輪罩后下支板、動力    轉(zhuǎn)向液罐固定支架、左右輪罩加強板、暖風氣上安裝支    架、左右前大燈上安裝支架、左右C 柱加強板支架、左    右安全帶上支點加強板、左右尾燈室內(nèi)支板、踏腳板上    安裝支架、踏腳板下安裝支架、前保險杠中支撐板、前    保險杠支撐板、前保險杠橫梁加強板、前保險杠本體、    后底板后橫梁橫臂板、后底板后橫梁直臂板