ansys汽車輕量化的案例
2024第十七屆國際汽車輕量化大會暨展覽會的通知|汽車輕量化
2024第十七屆國際汽車輕量化大會暨展覽會的通知|汽車輕量化
中國汽車工程學會、江蘇省科學技術協會、汽車輕量化技術創新戰略聯盟（以下簡稱“輕量化聯盟”）和揚州市人民政府將于 2024年10月9-11日 在 江蘇省揚州市 國際展覽中心舉辦 2024（第十七屆）國際汽車輕量化大會暨展覽會 （以下簡稱“大會”）
李先生編寫 152/1006/3431
主辦單位
中國汽車工程學會、江蘇省科學技術協會、汽車輕量化技術創新戰略聯盟、揚州市人民政府
協辦單位
江蘇省汽車工程學會、電動汽車產業技術創新戰略聯盟、揚州市人才辦、揚州市科學技術協會、揚州市科技局、揚州市工信局、揚州經濟技術開發區、揚州大學機械工程學院、云江（浙江）汽車技術有限公司
戰略合作單位
中信金屬股份有限公司、育材堂(蘇州)材料科技有限公司、湖北博士隆科技股份有限公司
承辦單位
國汽輕量化（江蘇）汽車技術有限公司、國汽（北京）汽車輕量化技術研究院有限公司、恒興國際會展集團有限公司、中信金屬股份有限公司（車身會議）
支持單位
中國汽車工程學會汽車材料分會、國家新能源汽車技術創新中心、溫州（瑞安）智能汽車零部件工程師協同創新中心、日本汽車復合材料學會、上海汽車工程學會、安徽省汽車工程學會、河南省汽車工程學會、黑龍江汽車工程學會、陜西省汽車工程學會
支持媒體
光明網、中國汽車報、汽車工程、汽車之友、汽車工藝與材料、中國汽車材料網等
展開 都在標榜輕量化，那汽車輕量化是否大勢所趨？
這樣，沒有柳丁的外加重量，一體化的車身既美觀又能做到輕量化，而且是自動化的焊接，提高生產效益，車企何樂而不為。
除了以上幾種主流的輕量化方式，汽車工程師為了實現汽車輕量化還在其他方面進行專研。
大勢所趨
在過往，這些輕量化技術只用于F1、勒芒耐力賽等大型比賽的車型上，為應對賽車協會的要求。直到1994年，奧迪把鋁制車身用于A8上，令汽車輕量化技術在量產車型上得到普及。而現在，不管是豪華品牌還是合資品牌，都在使用輕量化技術。
近年來，大眾不斷為旗下朗逸、寶來、途觀等熱銷車型引入MQB平臺。而MQB平臺則是汽車輕量化技術的一個載體，里面包含了輕量化材質、結構以及工藝，令MQB平臺車型比上代車型整車減重40—60kg。雖然比起碳纖維這樣更高一級的輕量化技術，大眾MQB平臺的輕量化有點微不住道，但可知，輕量化技術在我們身邊無處不在。
此外，隨著國家不斷調整排放標準，最苛刻的國六排放標準將在2019年7月開始在重點城市提前實施國六排放標準，在2023年7月全國輕型車強制執行。而現今，無論是小型SUV還是中大型SUV，基本都是采用了鋁合金材質的發動機缸體與缸蓋來進行輕量化，但都不能應對國六排放標準。在首批達到國六排放標準的機動車的環保信息中，第一批僅三款SUV車型能達標。因此，除了不斷提升發動機技術之外，把汽車輕量化技術再往更深一步走也是有效應對途徑之一。
汽車輕量化技術不止在傳統燃油車上有著重要地位，在新能源汽車上也是如此。如今的特斯拉model S、蔚來ES8、榮威 marvel x等中高端新能源汽車無不例外是使用全鋁車身來提高續航里程。可這樣還是不夠，因為電池的質量與續航是個矛盾體。如果增加電池的量來提升續航里程，那隨著而來的重量也會影響續航里程。
以捷豹I-PACE為例，僅是電池系統的重量就高達613kg，快占普通中型SUV的整備質量的一半。
展開 汽車輕量化：何以輕，以何輕？
圖3 各國歷年油耗計劃
在不影響汽車性能的情況下降低油耗的方法主要有以下三種：（1）提升內燃機熱效率；（2）降低汽車行駛過程中的風阻；（3）車身輕量化。
渦輪增壓技術大幅提高了內燃機效率，但越接近卡諾定律所規定熱效率極限，尋求技術上的突破也就越困難，短期難有能夠大幅提升內燃機燃燒效率的技術革新。一輛汽車以80km/h的速度行駛時，約有60%的阻力源于風阻，所以每個車型面世前都要經過工程師數百次修改設計和上千小時的風洞試驗，空氣動力學性能幾乎被壓榨到了極限。而進入到21世紀以來，新材料不斷面世和材料加工成型工藝的發展使得汽車輕量化成為了可能。
據有關研究，一般情況下車重每減輕1kg，則1L的汽油可以使汽車多行駛0.011km。于此同時，汽車減重不僅減少了油耗，也減少了二氧化碳排放量，車重如能減少一半，二氧化碳排放量就能減少13%。同時也減少了如氮化物、硫化物等其他有害物質的排放量。
圖4 油耗與汽車質量 圖5 排放量與汽車質量
以何輕
量產車輕量化的前提是建立在汽車的整體品質、性能和造價不變甚至優化的基礎之上的，所以即使減配可以有效減輕車重并提高車輛性能，也不能作為汽車輕量化的有效手段，而是要通過材料、工藝和結構的重新設計，來實現整車減重的目標。
設計能力提升和制造工藝進步
汽車不同部位在行駛過程中的受力和安全要求不同，工程師針對不同部位進行鋼材差異化的選擇，在力學性能要求高的部位選用高強度鋼，而非加厚板材，在其他部位選用成本較低的鋼材起到基本的結構和覆蓋功能。這樣即有效控制了成本，又減輕了車重。現在汽車生產用鋼通常被分為5-6個等級，不同等級的搭配使用能使白車身減重25%，而白車身又占據了整車質量的1/4，僅僅該部分的優化潛力就可達上百公斤。
展開 蓋世汽車研究院：一體化壓鑄推動汽車輕量化
一體化壓鑄工藝作為未來重要的發展趨勢，企業正在加速進行布局，預計2025年國內一體化壓鑄件市場規模將接近300億元，年均復合增長率達176%。
在雙碳背景下，輕量化是汽車行業的發展趨勢。根據相關數據顯示，汽車整備質量每減少 100kg，百公里油耗可降低0.3-0.6L。《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》的發布也對汽車油耗及輕量化系數提出了嚴格要求。2035年對于傳統能源乘用車和純電動乘用車的輕量化系數分別相比2019年的基數下降25%和35%。
汽車輕量化的技術路徑主要包括零部件輕量化、電器輕量化和車身輕量化。其中，車身輕量化主要從材料、結構、工藝三方面改進，當前的主要輕量化措施是采用輕質材料。鋁合金材料具有輕質、抗拉強度高、回收性好、耐腐蝕、可塑性強、工藝相對成熟等特點，材料密度顯著低于高強度鋼，成本及工藝難度優于鎂合金和碳纖維，是當前技術工藝下最具性價比及可行性的輕量化材料。
目前鋁合金已廣泛應用于轉向節、控制臂、副車架、電機殼、電池盒等部件，但鋁合金車身的制造工藝復雜度遠超鋼制車身，需要多種連接技術進行組合，大大提升了生產的難度和整車的制造成本。
鋁合金零部件的主要成型工藝包含了鑄造、鍛造和擠壓。壓力鑄造主要分為高壓鑄造、低壓鑄造、差壓鑄造等。其中，低壓鑄造與差壓鑄造多用底盤區域，而高壓鑄造因加工效率高，加工零部件壁厚小等特點，在車身中的運用越來越多，是未來的發展方向。
展開 
電動化與輕量化 - 汽車底盤技術的挑戰
大批量生產的中低端車型依然裝配被動鋼螺釘彈簧。對于輕量化汽車來說，復合材料的板彈簧在成本持續下降后，有可能會得到應用。
來源：輕量化技術網
汽車“瘦身” | 新材料助推汽車輕量化
此外，高性能塑料、生物材料等新材料仍將是汽車零部件輕量化的不錯選擇。
基于概念設計的汽車輪轂輕量化設計
摘 要：為達到汽車輪轂輕量化目的，在汽車輪轂的概念設計階段對汽車輪轂進行結構尋優。用拓撲優化技術作為概念設計的方法，建立基于變密度拓撲優化方法的汽車輪轂概念設計數學模型；利用ProE三維建模軟件建立某汽車輪轂的三維模型和概念幾何模型；使用Hypermesh前處理軟件建立某汽車輪轂的概念設計有限元模型，然后引用折中規劃法解決多工況問題，在Optistruct結構優化軟件中建立汽車輪轂的優化模型和優化參數；利用拓撲優化技術在hyperworks軟件OSSmooth模塊構建了3種輪轂的創新型拓撲結構，分別將3種不同的拓撲結構導入CAD軟件進行二次設計，對二次設計后的新型輪轂進行有限元分析。結果表明：在滿足材料許用應力的前提下，7輻輪轂相比8輻、9輻以及原輪轂更滿足要求，質量比原輪轂減小12.2%。
關鍵詞：概念設計；汽車輪轂；拓撲優化；輕量化
0 引言
節能減排已成為汽車工業發展的主要方向，汽車輕量化是實現汽車節能減排的最佳途徑，合理的結構設計是汽車輕量化的有效手段。汽車輪轂是汽車的重要部件，在行駛過程中，汽車與地面之間的力和力矩都是由輪轂承受和傳遞，輪轂直接影響汽車的整體行駛穩定性、安全性、可靠性、平順性、牽引性以及外觀形狀，對汽車的整體能源消耗和輪胎壽命有很大影響。我國汽車結構輕量化技術發展迅速，國內很多學者根據有限元仿真技術對汽車現有結構進行了優化，雖然達到了較好效果，但忽略了結構的概念設計階段。
概念設計作為機械產品重要的前期設計階段，很大程度上決定了客戶對產品的功能要求。相對于中后期的結構優化，早期的設計成本更低，設計自由度更高。通過概念設計階段科學的分析計算，建立較為理想的設計模型，減少了設計中后期因為改進需要進行的大量反復修改，既縮短了周期又降低了成本[1-3]。
展開 2025北京汽車輕量化展|2025北京·雅森汽車展
展會簡稱：中國汽車輕量化展|北京輕量化技術展|北京輕量化材料展|北京交通輕量化展|北京輕量化裝備展
★ 展會基本信息：
展會時間：2025年02月21日--02月24日（展覽四天）
展覽地點：北京·中國國際展覽中心（順義新館）
招展單位：上海梵翡會展有公司
------歡迎參加亞太地區影響力的輕量化產業鏈領域的國際盛會！
★ 展會概況：
當今世界正經歷百年未有之大變局，全球產業鏈供應鏈因非經濟因素面臨沖擊，世界進入動蕩變革期，這也促使著全球新一輪的科技革命和產業變革加速演進。《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》及《新材料產業發展規劃》等政策法規中也提出，重點發展以交通運輸裝備輕量化材料、新型合金材料、碳纖維復合材料、高強度鋼、工程塑料及其制品在國防軍工、軌道交通、海工船舶、航空航天、汽車產業領域的科技創新與應用。
2025中國汽車輕量化展覽會是"CIAACE中國汽車服務用品展"旗下的一個關于汽車輕量化產業為解決方案的專題展會。2010年，CIAACE被商務部批準成為“汽車用品行業國家重點支持項目”，成為代表我國汽車用品行業重點展會；2011年，CIAACE被世界展覽聯盟（UFI）接納為正式會員，在業內外享有“中國汽車后市場晴雨表”美譽。CIAACE每年舉辦兩屆，2011年開始每年春季固定在北京·新國展舉辦。2016年起秋季固定在廣州·中國進出口商品會展館舉辦，開啟了中國汽車后市場“一春一秋，一南一北”的新格局。多年的成功舉辦，奠定了其作為中國乃至亞洲交通輕量化領域魅力的專業展會之一的地位，為業內同行相識、相聚、相交提供了理想的商務平臺。
經歷三年特殊年，壓縮已久的市場需求轉瞬即發，迎來春季采購的第一個需求爆發期。
展開 鋁合金在汽車輕量化中的應用：仿真引領汽車設計
近年來，隨著汽車制造商和消費者環保意識的提升，汽車正向著輕量化的方向發展。當車身重量減少 10%，汽車的燃油效率可以提高約 8％。為了實現輕量化設計目標，制造商需要將傳統的車體結構材料和車身材料（例如結構鋼）與更輕質的材料結合在一起。鋁（圖 1）的密度只有鋼的三分之一，具有耐候性強、回收利用率高、易于加工成型、防撞性強等優點，因此成為了極具潛力的汽車輕量化材料。
圖 1. 高壓壓鑄（high-pressure die casting）的鋁合金。
然而，開發混合使用鋼與鋁合金材料的汽車困難重重，其中包括：如何開發低成本的量產技術；如何在部分零件中用鋁質材料替代原有材料，實現多材料裝配；如何降低因電解質（如灑在道路上的除冰鹽）導致的相互接觸的異種金屬間產生電偶腐蝕的風險（圖 2）。
圖 2.上：經過一年在役暴露實驗后，由碳纖維增強聚合物（carbon-fiber-reinforcedpolymer，簡稱 CFRP）和6000系列鋁合金制成的多材料疊加式裝配制成的車身上的電偶腐蝕情況。下：用于車輛運行測試的汽車樣件常見安裝方式。
Danick Gallant 是加拿大國家研究院（NRC）汽車和地面運輸研究中心（Automotive and Surface Transportation Research Center）的技術主管，負責腐蝕控制技術以及耐腐蝕部件和裝配的研發工作。在工業領域的應用中，單焊縫連接會涉及多種腐蝕問題，例如縫隙腐蝕和電偶腐蝕（圖 3），這就給汽車行業帶來了巨大的挑戰。NRC 及其合作伙伴 ALTec 多客戶鋁技術研發合作集團（圖 4），共同致力于推動鋁合金在輕量化設計中的應用，并為運輸行業提供針對上述問題的技術支持和解決方案。
展開 歐盟開發出石墨烯增強汽車輕量化材料，更輕更強更安全！
英國桑德蘭大學（University of Sunderland）的科學家承擔著10.11號課題——歐盟石墨烯旗艦計劃的一部分——汽車復合材料。該項目正在探索如何利用石墨烯為汽車市場打造更輕，更強，更安全，更節能的部件。
由桑德蘭大學領導這個小組由意大利、西班牙和德國的研究機構等五個研究合作伙伴組成，由過去兩年來一直在菲亞特克萊斯勒汽車公司的支持下進行一系列測試。 他們將石墨烯嵌入聚合物中，與傳統的碳纖維或玻璃纖維等結構材料混合，作為汽車的保險杠材料進行測試，通過添加石墨烯，可以減小結構部件的厚度。
該小組指出：“我們在第一階段發現的結果很不錯，我們取得了比我們預期的更多的成就。添加了石墨烯的復合材料非常輕、非常堅固，我們所做的沖擊測試結果顯示比傳統復合材料可以多吸收40％的能量。并且，該材料也更穩定，當受到沖擊時，它的斷裂過程是受控的，能以受控的方式吸收能量。我們在開始的時候就預料到了這一點，但沒想到結果會如此好。“
“在石墨烯和聚合物之間取得適當的平衡是至關重要的。復合材料不能太弱，或太強，以至于碰撞時不能吸收能量。現代汽車的設計是為了防止乘客墜毀，而太結構復雜的復合材料會將能量傳遞給乘客，從而危及他們的安全。我們現在有一個很好的統一分散，但這不是一件容易的事情。我們需要做到輕量級同時保證安全“。
該團隊已經與歐洲一家汽車制造商及其一級供應商進行了會談，據報道他們對這項工作及其未來的應用非常感興趣。
來源：新材料技術前沿
傳播最新最全的材料科學技術，包括金屬材料成形、熱加工、陶瓷冶金，機械加工、粉末冶金、表面處理技術、熱處理、3D打印技術等相關材料科學技術。提供各種材料科學的視頻課程、新技術、專家答疑。
趕緊關注公眾號吧！
新材料技術前沿
展開 大眾汽車（VolksWagen） 基于HyperWorks的汽車輕量化設計技術
行業：汽車
挑戰：基于復合材料的 B-柱設計
Altair 解決方案：復合材料設計和優化，在滿 足零部件輕量化設計要求的 前提下，盡可能提高零部件 性能
優點：縮短研發周期 ； 結構優化設計
背景介紹
在汽車研發的領域，輕量化設計早已成為整車產品開發的主要潮流。輕量化設 計，意味著更少的材料使用、更輕的車身重量、更少的CO2排放。歸功于使用輕量 化設計技術獲得的新一代車身，汽車成本效率得到了大幅度的提升，同時車輛的可操控性也顯著增強。
通常，在這一領域，新材料的應用是創新設計的主要源泉。近些年來，使用鋁 制零部件取代傳統的鋼制零部件，為汽車企業節約了大量的材料。但是尋找質量更輕、性能更好的材料的研究始終沒有停止。
在最新的研究成果中，復合材料已經在汽車零部件輕量化設計中嶄露頭角。但 是直到最近，復合材料的應用仍然局限于汽車的非承重零部件和非安全相關零部件。
今天，越來越多的汽車廠商開始對復合材料在承重零部件上的應用的可行性進 行探索。因為復合材料的固有特性與金屬材料有很大不同，因此需要一套全新的產品開發流程。
大眾汽車研究中心近期開展了一項研究，其核心目標是在傳統的B-柱設計中引入復合材料材質，以期在合理的制造成本內，獲得質量更輕，性能更好的B-柱設計 方案。這個項目是與Altair公司產品咨詢團隊（AltairProductDesign）合作并運用HyperWorks軟件完成的。
解決方案
大眾汽車復合材料優化設計
大眾汽車對復合材料在汽車承重零部件中的應用起始于某鋁制B-柱結構。該部件使用額外的鋼制及鋁制零部件進行 了加強。
展開 
汽車輕量化難點梳理
在汽車的諸多發展方向中，現在關注度很高的有新能源，還有自動駕駛，然而在汽車輕量化方面，卻很少有人去關注。甚至依然有人覺得，輕了之后，車就變得不安全了。其實汽車輕量化之后，不僅可以直接降低油耗，還可以間接改善動力性能，提升駕駛性能，減少制動距離。而油耗的降低減少了污染物的排放，對環保的意義更重大。因此未來汽車的競爭，也一定是一場輕量化的戰爭。
現在中國品牌的很多車型都在往高端方向發展，汽車的用料很足。因此整車的質量比較大。很多用戶的評價都是開起來高級感很好，就是油耗太高。因此，輕量化已經成為擺在汽車品牌面前一個難以攻克的難題。
最早我們知道的輕量化，或許是使用了鋁合金制造車身。其實汽車的輕量化是一個系統工程，無比的復雜。本篇文章就給大家簡單的介紹一下。
隨著世界各國簽訂《聯合國氣候變化框架公約》等協定，環保已經成為世界議題。作為污染大戶的汽車，一直處在輿論的風口浪尖。現代汽車就制定了到2020年，生產的汽車質量平均比現在降低10%，由此帶來油耗改善6%，污染物排放降低2.5~8.8%，加速性能提升8%，轉向性能提升6%，制動性能提升5%的總目標。
輕量化帶來的好處十分明顯，但是實現這些目標的前提是汽車的安全標準不能降低。如何在保證安全性的基礎上進行輕量化就十分困難了。目前汽車制造商的主要做法是使用重量輕，強度高的材料，在車身，底盤，動力系統等重量方面下功夫對汽車進行減肥。
在材料的使用方面，最受關注的是鋁合金與鎂合金，這兩種材料主要代替鋼鐵，減輕重量，提高強度。鋁的重量只有鐵的1/3，并且回收利用率高，汽車中的鋁有85%是可以回收的。是鐵的2倍。但是鋁也有很多缺點，比如鋁不能夠焊接，不容易鈑金，噴漆也麻煩，在安全性不如鋼。
展開 汽車輕量化先進工藝技術
圖9在線模壓成型生產的典型汽車零部件。
汽車輕量化連接技術
汽車輕量化連接技術包括激光焊接、攪拌摩擦焊、鎖鉚技術、自鎖鉚、熱熔自攻螺釘以及膠粘連接等技術，通過上述先進連接技術將輕量化構件連接成零部件總成或車身，以達到較好的剛度和結構強度。上述連接技術在汽車零部件的應用情況及在汽車輕量化進程中的發展方向見附表。
汽車車身輕量化系數詳解
圖1
2
白車身輕量化指數
Li=(L2-L1)/L1
式中，
Li為白車身輕量指數，無量綱；
L1為輕量化設計前的車身輕量化系數，單位Kg/[N·m/(°) ·m2]；
L2為輕量化設計后的車身輕量化系數，單位Kg/[N·m/(°) ·m2]；
3
汽車輕量化
在保證汽車安全、剛度、NVH等性能提升或者不降低的前提下，通過結構設計和優化、合適的材料選用、合理的制造工藝等手段來達到整車重量降低，從而來達到節油和減排的工程過程，稱之為汽車輕量化。
行業水平
1
ECB會議
EuroCarBody（簡稱ECB）歐洲汽車車身會議，每年10月份在德國舉行。ECB代表著全球汽車車身發展趨勢，近年來一直被譽為車身界的頂級峰會。我們可以從ECB大會的車型輕量化系數，側面看出車身發展的最新水平。
圖2
由于各年度參展車型的品牌與產品定位存在差異，所以車身輕量化系數變化趨勢并非逐年遞減，但總體的趨勢是下降的。
展開 鋁合金：汽車輕量化的主力
【由鋁合金相伴的汽車輕量化潮流】
圖1. 歐洲汽車平均用鋁量變化
如今，“輕量化”這個詞已經由汽車行業的術語發展為媒體新聞里的高頻詞匯。《中國制造2025》中，也已把輕量化當成汽車產業發展的重要方向。簡單來說，輕量化就是在保證汽車強度和安全性能的前提下，盡可能降低汽車整車重量，從而提高汽車動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。近年來，由于環保和節能要求日趨嚴格，汽車輕量化已成為世界汽車發展的勢不可擋的趨勢。據歐洲鋁業協會報告，汽車質量每降低 100kg，每百公里可節約 0.6L燃油，減排CO2800-900g。鋁的密度僅有鋼的1/3，且具有良好的可塑性和回收性，是理想的汽車輕量化材料。上世紀70年代第一次第二次石油危機期間，面對日益高漲的石油價格，世界范圍內的汽車制造商嘗試用鋁合金制造之前鋼制的散熱器、氣缸蓋與保險杠等部件以提高燃油效率。從此，鋁合金在汽車中的比例不斷提高。著名咨詢公司達科國際（Ducker Worldwide）公布的研究數據表明，歐洲汽車平均用鋁量自1990年已經翻了三倍，由50kg增長到目前的151kg，并將在2025年增長至196kg.
圖2. 歐洲汽車用鋁（140kg）分布比例（2012年數據）
目前，汽車輕量化趨勢越來越猛烈，鋁合金在輪轂、發動機、散熱器、 油管等方面的應用非常廣泛。車身質量占汽車總質量的40%左右，對于整車的輕量化而言，車身的輕量化起著舉足輕重的作用。據2016年歐洲車身會議（EuroCarBody 2016）資料顯示，鋁合金應用率已經達部分高端車型白車身（即完成焊接但未涂裝的車身）質量的一半以上。
展開 