一种轻量化的车身断面结构及其使用方法技术

本发明专利技术提供一种轻量化车身结构，包括核心层(300)、中间层(200)、外表层(100)，其中：核心层(300)为铝镁合金构成的支撑骨架，核心层(300)为中空结构，其截面形状为圆形、四边形或六边形；中间层(200)为塑胶材料制成，中间层通过3D打印技术制成筋条结构，所述筋条结构为蜂窝结构、网状结构或空间胞体结构；外表层(100)是由树脂材料外面贴碳纤维片构成。本发明专利技术车身质量减轻，将碳纤维高分子材料和铝镁合金合理的应用到车身的结构设计上，适当替代以前的钣金结构材料，在保证安全的强度刚度性能前提下，使得车身的质量得到减轻，油耗降低。

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化的车身断面结构使用方法
本专利技术涉及一种汽车车身断面结构，尤其涉及一种轻量化的车身断面结构及其使用方法。
技术介绍
随着“节能环保”越来越成为了广泛关注的话题，轻量化也广泛应用到普通汽车领域，在提高操控性的同时还能有出色的节油表现。汽车的油耗主要取决于发动机的排量和汽车的总质量，在保持汽车整体品质、性能和造价不变甚至优化的前提下，降低汽车自身重量可以提高输出功率、降低噪声、提升操控性、可靠性，提高车速、降低油耗、减少废气排放量、提升安全性。有研究数字显示，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％-8％；若滚动阻力减少10％，燃油效率可提高3％；若车桥、变速器等装置的传动效率提高10％，燃油效率可提高7％。汽车车身约占汽车总质量的30％，空载情况下，约70％的油耗用在车身质量上。因此，车身变轻对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都大有裨益。汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％—8％；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；汽车重量降低1％，油耗可降低0.7％。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。现如今汽车轻量化的主要途径如下：(1)对车身结构的优化设计：汽车主流规格车型持续优化，规格主参数尺寸保留的前提下，提升整车结构强度，降低耗材用量；(2)采用轻质材料：如铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等；(3)采用计算机进行结构设计：如采用有限元分析、局部加强设计等；(4)采用承载式车身：减薄车身板料厚度等；(5)采用先进工艺：如通过焊接、粘接技术将车身构建连接在一起。以上轻量化途径均是针对已有钣金结构车身，通过减少或控制板金使用来调整整车重量。其相关潜能挖掘已近底限，本专利技术专利致力于设计一种更合理的车身结构形式，达到汽车车身轻量化的目的。然而，现有技术的汽车轻量化设计方法普遍存在以下缺陷：(1)传统钣金车身中大量的过渡翻边或者焊接搭边，存在非实用功能结构导致材料的浪费，并且成本及装配难度较大。(2)传统钣金车身中非焊接搭扣位置，往往有大范围钣金无相关支撑结构，使得这些位置钣金薄壁易受力后凹陷。影响结构强度及人体感观。例如车门、发罩、顶棚都有抗凹性的强度要求，抗凹性强度的满足势必加大板厚或增设筋板或者复杂曲面结构牺牲轻量化成果。(3)传统钣金车身设计过程中需大量考虑制作工艺，板料冲压形状及深度均有其工艺极限，例如翻边负角结构无法设计实施。(4)传统钣金结构碰撞吸能，主要为设计合理压溃区域及引导传力路径。实际因面状拼接结构吸能十分有限，而本专利技术根本上增加了吸能结构分布范围及大小。(5)传统钣金车身隔音、保温性能不足。影响人体感观，车载空调负荷较大，能源利用率不高。
技术实现思路
本专利技术旨在设计一种综合使用多种复合材料及和工艺技术的高效的轻量化车身断面结构。本专利技术的技术方案是提供一种轻量化车身结构，包括核心层、中间层、外表层，其中：核心层为铝镁合金构成的支撑骨架，核心层为中空结构，其截面形状为圆形、四边形或六边形；中间层为塑胶材料制成，中间层通过3D打印技术制成筋条结构，所述筋条结构为蜂窝结构、网状结构或空间胞体结构；外表层是由树脂材料外面贴碳纤维片而成。本专利技术的有益效果在于：1、外形美观、新颖，从自然界中天然形成的莲藕状的结构得到灵感，对其稍加修改，保持其外形的优美弧线过度，使得车身结构件外形更加圆润，更具曲线美感。2、采用材料，车身质量减轻，将碳纤维高分子材料和铝镁合金合理的应用到车身的结构设计上，适当替代以前的钣金结构材料，在保证安全的强度刚度性能前提下，使得车身的质量得到减轻，油耗降低。3、采用先进的3d打印技术，将3d打印技术应用到车身结构件上，解决了传统车身设计封闭件无法应用生产制造的而断开件在强度刚度上得到削弱的弊端，使得原有的设计形式下结构件的性能得到提升。4、质感优良，车身重的填充物使得汽车改变原有的中空感觉，车身感觉更加坚实。5、隔噪功能更强，断面中的塑料填充物使得噪音在传播途中得到削弱，使得乘员舱内拥有更舒适安静的环境、相较传统的钣金结构车身，这种车身断面结构主要以铝镁合金、碳纤维材料辅以塑胶连接件，有效增强车身的抗弯刚度，并减轻车身质量。附图说明图1是本专利技术车身结构断面及胞体结构示意。图2是根据本专利技术所述的一种车身结构的适用区域。图3本专利技术结构在车身下边梁的应用断面示意图。图4本专利技术结构在车门应用结构示意图。图5本专利技术结构在发动机罩应用结构示意图。其中：100外表层，200中间层，300核心层1-发动机罩；2-车体边梁；3-车门；4-车身前座门框下边框断面外表层；5-车身前座门框下边框断面中间层；6-车身前座门框下边框断面核心层；7-车门附件；8-车门核心骨架；9-车门中间层；10-车门外表层；11-发动机罩外表层；12-发动机罩中间层。具体实施方式以下将结合图1至5对本专利技术的具体技术方案进行详细说明。如图1所示，本专利技术提供一种轻量化车身结构，可广泛用于车身各个功能区域：该结构可大型空腔及结构支撑，车身支撑边梁、立柱，例如车体边梁2。此外该结构可用于复杂结构功能组件，例如车门3；还可以用在大面积薄壁功能件，例如发动机盖1等。采用本专利技术的结构无需核心骨架仅通过合理排布筋条及填充方式的中间层结构配合外表层，即可取得较好抗凹性能，并可做到较高整体强度，取得较好的碰撞吸能效果。如图2所示，本专利技术所述一种轻量化车身结构，包括核心层300、中间层200、外表层100，其中：核心层300为铝镁合金或其他高强度结构材料作为支撑骨架，核心层300做成中空的各种形状，如圆形、四边形、六边形等，尽可能以轻量的材料达到合适的刚度要求；中间层200为强度适中，密度较小的塑胶材料制成，可使用3D打印技术制成其复杂的筋条结构，如图3所示，其结构可为蜂窝结构、网状结构、空间胞体结构，同时中间层200也可以根据需要制成断开式或者其他各种形式；外表层100是由高强度的树脂材料外面贴碳纤维片组成。该外表层可由现有技术的生产工艺得到。代表性生产工艺有碳纤维接触低压成型工艺、手糊成型工艺。其特点是碳纤维增强材料的手工铺放及树脂浸入，利用真空袋或手工挤压排出多余树脂，获得紧凑致密的碳纤维表层结构。如图3所示，本专利技术结构用于构建车门下门槛边梁的方法，具体设计实施方案如下：步骤1、车身前座门框下边框断面核心层6骨架经过辊弯、拉伸、压模等工艺手段完成形状构成；步骤2、车身前座门框下边框断面核心层骨6架过夹具支架定型调整裁剪至尺寸规格；步骤3、车身前座门框下边框断面核心层6骨架置于整车装配夹具待用；步骤4、3D打印车身前座门框下边框断面中间层5；步骤5、完成3D打印车身前座门框下边框断面中间层5装配，采用对扣形式包覆核心层骨架，或者3D打印中间层直接套入车身前座门框下边框断面核心层6，采取辅助胶粘或压型定位增强核心层6与中间层5的连接强度；步骤6、将车身前座门框下边框断面中间层5和车身前座门框下边框断面核心层6构成的组合体，作为车身构件。通过螺栓、粘接等、工艺连接形式构成车身整体；步骤7、车身前座本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻量化车身结构，包括核心层(300)、中间层(200)、外表层(100)，其中：核心层(300)为铝镁合金构成的支撑骨架，核心层(300)为中空结构，其截面形状为圆形、四边形或六边形；中间层(200)为塑胶材料制成，中间层通过3D打印技术制成筋条结构，所述筋条结构为蜂窝结构、网状结构或空间胞体结构；外表层(100)为高强度碳纤维布铺设而成。

【技术特征摘要】
1.一种轻量化车身结构用于构建车身前座门框下边框的方法，其特征在于：所述轻量化车身结构包括核心层(300)、中间层(200)、外表层(100)，其中：核心层(300)为铝镁合金构成的支撑骨架，核心层(300)为中空结构，其截面形状为圆形、四边形或六边形；中间层(200)为塑胶材料制成，中间层通过3D打印技术制成筋条结构，所述筋条结构为蜂窝结构、网状结构或空间胞体结构；外表层(100)为高强度碳纤维布铺设而成；具体步骤包括：步骤1、车身前座门框下边框断面核心层(6)骨架经过辊弯、拉伸、压模工艺手段完成结构形状；步骤2、车身前座门框下边框断面核心层(6)骨架通过夹具支架定型、调整、裁剪至尺寸规格；步骤3、车身前座门框下边框断面核心层(6)骨架置于整车装配夹具待用；步骤4、3D打印车身前座门框下边框断面中间层(5)；步骤5、完成3D打印车身前座门框下边框断面中间层(5)装配，采用对扣形式包覆核心层骨架或者将3D打印中间层直接套入车身前座门框下边框断面核心层(6)；步骤6、将车身前座门框下边框断面中间层(5)和车身前座门框下边框断面核心层(6)构成的组合体，作为车身构件；步骤7、车身前座门框下边框断面外表层(4)使用碳纤维手糊成型工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晖，罗庚，杨兴，
申请(专利权)人：湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43