车身是汽车的重要组成部分,承载式车身质量占整车质量的40%~60%。车身轻量化是汽车节约能耗、提高燃油经济性、减少尾气排放的有效手段。当前,实现车身轻量化的途径主要包括结构优化、运用先进制造工艺以及采用轻量化材料。优质轻量化材料的不断出现及制造工艺的不断革新,使得轻量化材料在车身上的应用范围逐年扩大。要以最小的代价获取最大的轻量化效果,就必须在满足零部件性能要求的前提下,在轻量化和材料属性、成本、工艺性及其它制约因素中找到一个最佳的契合点。相对于由单一材料构成的汽车车身而言,多材料车身可以充分发挥不同材料的性能优势,兼顾各方面的设计要求。“多材料组合的轻量化结构和合适的材料用在合适的部位”已经成为现代汽车车身设计的主要发展方向之一。因此,为多材料车身寻求合适的选材方法成为多材料车身设计开发的一个重要科学问题。对于大多数用于材料选择的多属性决策方法,往往需要设计者确定不同材料属性之间的相对权重关系,这会给选材结果带来不确定性。而PSI(Preference Selection Index Method,偏好指数选择法)方法不需要确定材料的属性权重,这使其更适合于同时考虑多种因素及多种材料的车身选材研究。本文基于PSI方法,综合考虑成本、重量、工艺性、安全性以及环保性等多方面的因素,进行多材料车身选材研究,实现车身综合性能的优化。具体工作如下:(1)详细阐述了PSI方法的实现步骤和计算流程。无需考虑权重是PSI方法解决多属性决策问题的优势所在,在基于PSI方法进行多材料车身选材研究的过程中,通过计算每一种备选材料的最终偏好指数(iI),并对所求得的数值进行排序,最终偏好指数(iI)最高的备选材料被认为是最优选择。(2)确定了车身备选材料及评价标准。首先确定了16种备选材料,包括:Q235钢、35号钢、合金结构钢(40Cr)、超低碳BH钢、双相钢(500DP)、低合金高强度钢(HSLA460)、奥氏体不锈钢(0Cr18Ni9)、马氏体钢(AISI410)、铝合金AL5050、铝合金AL6010、镁合金、钛合金、高强度碳纤维复合材料、高强度玻璃纤维复合材料、超高分子量聚乙烯、芳纶-铝合金层板超混杂复合材料。同时确定了较为全面的选材评价标准,评价指标包含6大部分,分别是材料的固有属性、制造工艺性、安全性、耐久性、环保性和回收性。(3)以某轿车车门为例进行多材料车身选材研究,通过查阅资料文献、问卷调查、仿真分析等一系列手段,获得选材评价标准中各个指标的相关数据,实现评价标准各属性的量化,最终确定车门各部件的选材决策矩阵。利用MATLAB编程实现PSI方法的计算流程,以选材决策矩阵为基础进行车门部件选材,最后求出每一种备选材料的最终偏好指数(iI),得出选材结果。(4)选材结果的仿真验证。建立车门部件有限元模型,对选材前后车门部件的质量、成本以及基本性能进行分析和对比,验证本文选材方法的有效性。通过对比发现,运用PSI方法进行多材料车身选材可以获得更加合适的材料匹配方案,保证车门性能的同时也降低了车门质量,实现了车门综合性能的优化。本文选材方法适用于车身主要零部件,进一步丰富了多材料车身设计方法的研究。