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【摘要】在汽车发展的领域中，车身的轻量化轻量化设计越来越重要。汽车车身的轻量化设计不仅能够减轻车身的重量，降低燃料的消耗，对于环保也是非常有利的。不关基于哪方面的原因来说，汽车车身的轻量化设计都是汽车发展的方向之一。本文主要针对钢结构车身轻量化的结构优化技术做了简单地分析，主要是通过零件的优化、结构拓扑优化以及零件的集成来对车身进行轻量化设计。
【关键词】钢结构；车身轻量化；结构优化
汽车车身的轻量化，是建立在汽车强度以及安全的基础上的，要通过汽车的装备降低来提高汽车的动力性，降低对环境的危害。经证明，当汽车质量降低时，汽车燃料的消耗也会相应地降低。目前，出于环保方面的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的主要方向。汽车的轻量化的方式主要有两种方式，一种石材采用新型的材料，例如，强度高质量轻的钢、铝等材料；另一种就是采用汽车结构的优化技术，对汽车零件结构进行优化，从而达到汽车车身的轻量化。我们下面主要说一下钢结构车身轻量化的结构优化技术。
一、有限元法下的车身零部件结构的优化技术
车身的轻量化设计在设计的过程中需要考虑到车身的刚度、碰撞安全以及它的使用寿命等方面的一些要求。在满足车身零件的强度以及刚性的条件下[1]，采用有限元法和结构的优化技术，可以对零部件进行一下设计优化方法，分别是减小加强筋及翻边、锯齿形焊接翻边、开减重孔这三种方法。通过有效地数据统计表明，这三种零件的结构优化对于车身的减重效果分别是4.3%、0.7%、2.4%。车身的轻量化以强度高的材料为基础，通过汽车零部件的结构的优化，从而实现汽车车身的轻量化。
二、有限元法下的零部件拓扑结构的优化技术
拓扑结构优化技术主要是拓扑优化技术以及尺寸优化技术。在钢结构车身的优化技术中，车身一般可以减重7%。车身零件的拓扑优化主要是对车身结构的厚度进行优化。汽车的零部件进行拓扑优化的首先是将零件的尺寸进行优化，应用有限元法对零件的尺寸进行分析，降低零件的重量。其次，进行拓扑结构优化是对零件的形状进行优化，主要研究的方向是零件结构的边界条件以及内部结构，例如对杆系结构的节点位置进行优化等。第三就是对零件进行拓扑结构优化，通过一定的算法对零件进行优化，使其成为一个新的零件，新形成的零件不论是在质量上还是强度上均要由于原来的零件结构。现在，市场上汽车的轻量化在结构上的优化技术采用的普遍都是拓扑结构优化的方法。例如，胥志刚和林忠钦等在他们的著作中，就是利用拓扑优化技术对发电机的罩盖内板进行优化，使得优化后的罩板内盖的质量比之原来减轻了11%。WANG等通过有限元法和拓扑优化技术使得汽车车身的刚度有了一定的提高。拓扑优化结构在汽车的轻量化研究中因公的非常广泛[2]，拓扑优化技术后的结构在强度、刚度上都有了一定的提高，而且质量比之以前还有所降低。拓扑优化技术是对汽车零件进行优化的非常好的方法。
三、车身零部件集成化与仿生化
称身零部件的集合，就是将原来的几个零件进行一定的合并，将原来众多的零件统统用一个零件进行代替，使得车身的结构变得整体化，通过零件的集合，不仅减轻了结构的质量，同时在车声的强度以及刚度上都有了显著的提高，设计过程非常的灵活。例如，本田公司生产的的汽车中的一种的Insight车型就是采用了一次成型的技术，使得车身的整个前纵梁结构经过挤压一次成型，前纵梁结构的材料是铝合金材料[3]，与钢材料相比，它不仅仅省去了原来钢材料的焊接过程，而且在保持原有强度的基础上，减重37%，实现了汽车车身的轻量化。因此，零部件的集成也是车身轻量化的一种结构优化技术。
此外，零部件的使用都是具有一定的寿命的，现在可以通过零部件的仿生来对零件的质量进行优化又延长零件的使用寿命。零部件的仿生设计是根据生物的增长规律而得出的一种计算方法。生物的增长载体能够对本身所收的力进行均匀地分布，根据生物的这种特性，设计师从中受到启发，可以通过零件形状的变异来使所受的力进行均匀地分布，减少了零件的受力强度，也就变相的增加了零件的使用寿命。这种形状的优化方法，既可以减轻零件的重量也可以增强零件的强度与寿命。
四、钢结构车身架构优化技术展望
在汽车车身轻量化的结构优化技术主要就是通过有限元法和零件的结构拓扑优化技术以及对零部件的集成和仿生等来实现钢结构车身的轻量化设计。在这些优化方法中，结构的拓扑优化技术应用非常的普遍，许多汽车的车身在进行轻量化设计的时候都应用了拓扑优化技术。在采用拓扑优化技术的时候，要考虑到汽车的强度、刚度、以及碰撞的安全性等方面。在未来的发展中，拓扑优化技术应该进行进一步的广泛研究，为车身的轻量化设计做贡献。汽车结构优化技术的不断提高，对汽车的发展非常的重要。
总结
随着人们对汽车轻量化设计研究的之间深入，更加有效的结构优化技术必将被不断的探究出来，结构优化技术将会应用到车辆设计的许多方面。车身的轻量化设计的过程中，不仅要保证车身质量的减轻，好要保证汽车具有足够的强度、刚度以及安全碰撞性。本文的三种结构优化技术在车身的轻量化研究中应用的都是比较多的，尤其是拓扑结构优化技术，在国内外的结构优化中应用更是广泛。
参考文献
[1]何 健， 范军锋， 黄伟科，冯 奇 ，凌天钧，等.钢结构车身的轻量化研究[J].汽车工艺与材料，2012，（01）：11 - 16
[2]黄忠桥.结构优化设计在客车车身轻量化的运用[J].河北农机，2013，（04）：52
[3]龙江启，兰凤崇，陈洁清，等.车身轻量化与钢铝一体化结构新技术的研究进展[J].机械工程学报，2008，（06）： 29
【关键词】钢结构；车身轻量化；结构优化
汽车车身的轻量化，是建立在汽车强度以及安全的基础上的，要通过汽车的装备降低来提高汽车的动力性，降低对环境的危害。经证明，当汽车质量降低时，汽车燃料的消耗也会相应地降低。目前，出于环保方面的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的主要方向。汽车的轻量化的方式主要有两种方式，一种石材采用新型的材料，例如，强度高质量轻的钢、铝等材料；另一种就是采用汽车结构的优化技术，对汽车零件结构进行优化，从而达到汽车车身的轻量化。我们下面主要说一下钢结构车身轻量化的结构优化技术。
一、有限元法下的车身零部件结构的优化技术
车身的轻量化设计在设计的过程中需要考虑到车身的刚度、碰撞安全以及它的使用寿命等方面的一些要求。在满足车身零件的强度以及刚性的条件下[1]，采用有限元法和结构的优化技术，可以对零部件进行一下设计优化方法，分别是减小加强筋及翻边、锯齿形焊接翻边、开减重孔这三种方法。通过有效地数据统计表明，这三种零件的结构优化对于车身的减重效果分别是4.3%、0.7%、2.4%。车身的轻量化以强度高的材料为基础，通过汽车零部件的结构的优化，从而实现汽车车身的轻量化。
二、有限元法下的零部件拓扑结构的优化技术
拓扑结构优化技术主要是拓扑优化技术以及尺寸优化技术。在钢结构车身的优化技术中，车身一般可以减重7%。车身零件的拓扑优化主要是对车身结构的厚度进行优化。汽车的零部件进行拓扑优化的首先是将零件的尺寸进行优化，应用有限元法对零件的尺寸进行分析，降低零件的重量。其次，进行拓扑结构优化是对零件的形状进行优化，主要研究的方向是零件结构的边界条件以及内部结构，例如对杆系结构的节点位置进行优化等。第三就是对零件进行拓扑结构优化，通过一定的算法对零件进行优化，使其成为一个新的零件，新形成的零件不论是在质量上还是强度上均要由于原来的零件结构。现在，市场上汽车的轻量化在结构上的优化技术采用的普遍都是拓扑结构优化的方法。例如，胥志刚和林忠钦等在他们的著作中，就是利用拓扑优化技术对发电机的罩盖内板进行优化，使得优化后的罩板内盖的质量比之原来减轻了11%。WANG等通过有限元法和拓扑优化技术使得汽车车身的刚度有了一定的提高。拓扑优化结构在汽车的轻量化研究中因公的非常广泛[2]，拓扑优化技术后的结构在强度、刚度上都有了一定的提高，而且质量比之以前还有所降低。拓扑优化技术是对汽车零件进行优化的非常好的方法。
三、车身零部件集成化与仿生化
称身零部件的集合，就是将原来的几个零件进行一定的合并，将原来众多的零件统统用一个零件进行代替，使得车身的结构变得整体化，通过零件的集合，不仅减轻了结构的质量，同时在车声的强度以及刚度上都有了显著的提高，设计过程非常的灵活。例如，本田公司生产的的汽车中的一种的Insight车型就是采用了一次成型的技术，使得车身的整个前纵梁结构经过挤压一次成型，前纵梁结构的材料是铝合金材料[3]，与钢材料相比，它不仅仅省去了原来钢材料的焊接过程，而且在保持原有强度的基础上，减重37%，实现了汽车车身的轻量化。因此，零部件的集成也是车身轻量化的一种结构优化技术。
此外，零部件的使用都是具有一定的寿命的，现在可以通过零部件的仿生来对零件的质量进行优化又延长零件的使用寿命。零部件的仿生设计是根据生物的增长规律而得出的一种计算方法。生物的增长载体能够对本身所收的力进行均匀地分布，根据生物的这种特性，设计师从中受到启发，可以通过零件形状的变异来使所受的力进行均匀地分布，减少了零件的受力强度，也就变相的增加了零件的使用寿命。这种形状的优化方法，既可以减轻零件的重量也可以增强零件的强度与寿命。
四、钢结构车身架构优化技术展望
在汽车车身轻量化的结构优化技术主要就是通过有限元法和零件的结构拓扑优化技术以及对零部件的集成和仿生等来实现钢结构车身的轻量化设计。在这些优化方法中，结构的拓扑优化技术应用非常的普遍，许多汽车的车身在进行轻量化设计的时候都应用了拓扑优化技术。在采用拓扑优化技术的时候，要考虑到汽车的强度、刚度、以及碰撞的安全性等方面。在未来的发展中，拓扑优化技术应该进行进一步的广泛研究，为车身的轻量化设计做贡献。汽车结构优化技术的不断提高，对汽车的发展非常的重要。
总结
随着人们对汽车轻量化设计研究的之间深入，更加有效的结构优化技术必将被不断的探究出来，结构优化技术将会应用到车辆设计的许多方面。车身的轻量化设计的过程中，不仅要保证车身质量的减轻，好要保证汽车具有足够的强度、刚度以及安全碰撞性。本文的三种结构优化技术在车身的轻量化研究中应用的都是比较多的，尤其是拓扑结构优化技术，在国内外的结构优化中应用更是广泛。
参考文献
[1]何 健， 范军锋， 黄伟科，冯 奇 ，凌天钧，等.钢结构车身的轻量化研究[J].汽车工艺与材料，2012，（01）：11 - 16
[2]黄忠桥.结构优化设计在客车车身轻量化的运用[J].河北农机，2013，（04）：52
[3]龙江启，兰凤崇，陈洁清，等.车身轻量化与钢铝一体化结构新技术的研究进展[J].机械工程学报，2008，（06）： 29