(中职）车身结构与附件拆装 项目四车身结构安全设计 教学课件.ppt

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1、(中职）车身结构与附件拆装 项目四 车身结构安全设计 教学课件项目四项目四 钣金作业安全知识钣金作业安全知识学学习任任务一一车身身结构安全构安全设计学习任务一 车身结构安全设计知知识目目标：1能说出车身结构安全设计的基础知识；2.能够分析车辆在撞击的时候，不同的方向、大小、作用位置对车辆产生不同的效应。能力目能力目标：3能够识别不同的车身结构特点和吸能区在车身的布置区域；4.能对常见的事故车进行损伤评估，可以找到碰撞的直接接触点，能够分析出碰撞力的传递路线和零件的受力情况。学习任务一 车身结构安全设计 学习资讯：一、车身结构安全设计基础车身结构的设计除了要能承受一般行驶的冲击外，还必须在发生事

2、故的时候保障乘员的安全。为了使严重的撞击事件中车身受到撞击后能够吸收最大的能量，又能将危及顾客的安全影响降到最低程度，车身就必须有特殊的结构。也因此，前后车身设计成在某种程度下结构容易变形以吸收碰撞能量，而乘客舱不易变形以保护乘客的安全。如图4-1所示。学习任务一 车身结构安全设计生存空间图4-1车身结构安全空间车辆撞击力和碰撞损伤 撞击力的方向分析车辆受到撞击时，撞击力将以一个角度传入车辆内并将撞击力分成垂直、纵向、水平三个方向。假如撞击力A-A以一个水平夹角作用于前翼子板的A点，则这个力可以分解为两个分力，A-B垂直分力和A-C水平分力。如图42所示图42撞击力呈一个角度碰撞车辆撞击力和碰

3、撞损伤 假如撞击力A-A以一个横向夹角作用于前翼子板的A点，则这个力可以分解为两个分力，A-C纵向分力和A-E横向分力。因此，车辆受到A-A的撞击力时会产生三个分力，将翼子板往下推的A-B分力，将翼子板朝发动机舱方向推的A-E分力和将翼子板往后推的A-C分力。如图43所示图43撞击力呈横向夹角碰撞车辆撞击力和碰撞损伤 分析：从图4-4我们可以看出，若撞击力方向经过车辆的重心，则车辆不会产生旋转运动，撞击所产生的动能缺乏一个缓冲时间，而产生比预期严重的损伤。如图4-4所示 图4-4撞击力的方向通过车辆的重心车辆撞击力和碰撞损伤 分析：从图4-5我们可以看出，撞击力方向没有经过车辆的重心，则车辆在

4、发生撞击的时候，因为撞击力方向与车辆中心之间形成一个力矩，车辆发生旋转运动，撞击速度有一个减弱的缓冲时间，故撞击所产生的损伤较经过车辆重心的撞击所产生的损伤要轻，所以，从上面两个实例可以看出，即使车辆的质量、速度、撞击对象均相同的情况下，不同的撞击方向也会产生不同的车辆损伤。如图4-5所示 图4-5撞击力的方向未通过车辆的重心车辆撞击力和碰撞损伤 碰撞面积大小与产生损伤大小的关系车重接近，行驶速度也差不多相同的两辆车，当发生撞击事件时，损坏程度将依撞击物体的不同而有所不同。（1）如果撞击面积很大，则受损程度会降低。如图4-6所示 图4-6接触面积较大的碰撞车辆撞击力和碰撞损伤（2）撞击面积越小

5、，则受损程度将会越大，保险杠、发动机舱盖、水箱等受到严重变形，发动机被推向后方，撞击力传递的效应已经延伸到后悬架。撞击电线杆和撞击墙的损坏程度将会不同，可用碰撞面积和损伤之间的关系可用公式说明：撞击力撞击面积碰撞产生的应力。如图4-7所示 图4-7接触面积较小的碰撞车辆碰撞损伤分析 当车辆撞击障碍物时，会产生很大的减速力量，车辆通常在十万分之几秒或者万分之几秒内停下来，巨大的减速力量会产生动能，根据动量守恒定律我们得知，车辆因为碰撞所产生的动能必然消耗掉，如何消耗掉呢则依靠车辆与被碰撞对象之间所产生的损伤来消耗碰撞所产生的动能。碰撞损伤可以分为两类，一是一次损伤，一类是二次损伤。（1）一次损伤

6、车辆和障碍物之间的碰撞称为一次碰撞，所导致的损伤称为一次损伤。一次损伤通常包括三种。车辆碰撞损伤分析 直接损伤与障碍物直接接触的部位所产生的损伤为直接损伤。波纹效应损伤在撞击力传输的过程中，由于车辆在某些部位设计的波纹加工而诱导产生的损伤称为波纹效应损伤。诱导损伤由于直接损伤的作用力，造成其他部件也跟着受力而产生的损伤称为诱导损伤。如图4-8所示。图4-8一次损伤车辆碰撞损伤分析 （2）二次损伤因车辆在碰撞是突然减速，车辆上面的人、物体和车辆本身的零件因为重力而产生惯性，这种惯性力造成这些零件或者物体及人会在车内产生二次碰撞，二次碰撞所造成的损伤称为二次损伤。如图4-9所示图4-9二次损伤车身

7、钢板特性分析 前面我们给大家分析了车身的安全结构形式以及车辆撞击力以及撞击所产生的损伤，车身钢板在受到碰撞损伤后会变形，如何将变形的车身以及车身钢板通过维修恢复到原始形态，了解车身钢板的特性，对于一名车身维修工作人员来说则至关重要。1车身钢板的弹性变形和塑性变形分析钢板的弹性变形指材料在受到外力的作用下，钢板产生变形，但外力去除后，钢板能够恢复到原始形态，如图所示。车身钢板特性分析 钢板的塑性变形是指材料在受到外力的作用下，外力超过或者达到了材料能够承受的屈服极限，钢板产生变形，但外力去除后，钢板不能够恢复到原始形态，当然钢板也可能部分恢复，但不能到达原始状态，此种变形称为塑性变形。如图4-1

8、1所示图4-11塑性变形车身钢板特性分析 要正确理解材料在受到外力作用下所产生的反应以及变形乃至破坏的各个阶段的特性，我们通过对低碳钢板的材料在拉力机上进行静载拉伸试验，通过试验我们发现材料在受力的情况下，钢板被拉伸所产生的变形曲线，如图4-12所示。图4-12钢板变形负荷关系曲线车身钢板特性分析 应力集中的概念（1）负荷外力作用于物体上称为负荷，按照力作用的方向可以将负荷分为很多种，如图4-13所示。图4-13负荷类型车身钢板特性分析 应力与负荷之间的关系通常，我们定义物体单位面积上所承受的负荷称为应力，可以用公式表明：应力=负荷/截面积由此我们得知，在受到外力的作用下，物体所产生的应力与负

9、荷和物体的横街面积有关，也就是说，当负荷一定的情况下，横截面积越小的位置，则产生的应力越大，我们用如图所示来说明此点。车身钢板特性分析 应力集中当一个截面积处处相等的物体受到拉伸或者压缩负荷时，物体内部所产生的应力大小也是相等的，然而，若物体的截面积产生缺口，空洞或者沟槽，则这些部位会产生较大的应力，基于此，物体在受到负荷作用时可能开裂。所以，钢板的应力集中指因截面积的改变从而导致该部位的应力变大。如图4-16所示。图4-16相同截面物体的中间出现切口导致该部位应力变大车身钢板特性分析 同时，在某些情况下，虽然物体的截面积没有改变，在该面物体形状的情况下，同样会造成该部位产生应力集中现象。如图

10、4-17所示。图4-17圆杆的应力集中车身钢板特性分析 同时，在某些情况下，虽然物体的截面积没有改变，在该面物体形状的情况下，同样会造成该部位产生应力集中现象。如图4-17所示。图4-17圆杆的应力集中车身钢板特性分析 弯曲力矩如果负荷作用于相同截面的右侧边缘，则最大的应力将发生在接合面，在这时导致物体所产生弯曲的力矩称为弯曲力矩。如图4-18所示。物体的应力分布如图4-19所示。图4-18弯曲力矩图4-19弯曲力矩处的应力分布车身钢板特性分析 加工硬化如果将一根钢丝反复弯曲，则在弯曲的部位会产生硬化，如图4-20所示。同理，在维修变形的车身钢板时，反复在钢板上进行实敲作用，同样在钢板敲击部位

11、也会产生硬化现象。这种由于反复作用于物体上的外力而造成作用部位硬化的现象称为加工硬化。图4-20加工硬化车身变形的特性 为了增加车身的刚性和撞击时的能量吸收作用，在车身上设置了许多用来进行能量吸收的区域，如下图4-21所示。图4-21车身结构能量吸收区域车身变形的特性 车身零件由多种断面所构成。所以在碰撞事故发生时应力集中通常发生在以下几个部位：（1）截面积改变的部位波纹效应区域（皱折区域）加强件的前端或者后端钢板连接处车身变形的特性 （2）支点部位拱起区域转角区域在事故发生时，撞击能量会传到至较薄弱的钢板而使其变形，若变形的部位有加强硬化的情形，则此部位无法吸收撞击能量，而使能量传到至其他较

12、薄弱的区域。车身结构的吸能及加强区布置 能量吸收原理能量吸收指车辆在发生事故时，车身利用自身设计的弱化区域的结构来吸收碰撞能量，通过弱化区域的损坏和变形来消耗能量。而在乘客厢区域通过加强的形式提高刚性，从而最大化的保障在发生事故时乘员的安全。能量吸收区域的变形理论与波纹效应理论类同。如图4-22所示。图4-22波纹效应车身结构的吸能及加强区布置 碰撞力在前侧梁上面的传递过程，如图所示。分析：前侧梁在设计上布置了孔洞、形状变化区域等弱化区域，这些部位属于车身应力集中区域，在碰撞力传递的时候，可以通过变形和损坏来消耗碰撞能量。而加强区域是硬化区域，如同水流途径的小石头，可以抵抗部分碰撞力的通过。由

13、此，前撞所产生的碰撞力，经过前测量的吸收和抵抗，则传到至乘客厢的碰撞力越来越小，最大化为乘客区域提供保证。图4-23 撞击力通过前侧梁的出传递路线车身结构的吸能及加强区布置 前侧梁的吸能分析 分析，从图4-24我们可以看出，在FR车辆上面，如果撞击力F作用域A点，此时A、B、C部位产生变形吸收碰撞能量，到达D部位时，改变方向到达E部位，碰撞力对下隔板及主车底板造成损伤，阻止碰撞能量更大范围传播。图4-24 FR车辆前侧梁吸能区域车身结构的吸能及加强区布置 前侧梁的吸能分析 分析：从图4-25我们可以看出：如果碰撞力是呈一个角度发生，则碰撞力会分解，横向的撞击力会通过A、B、C等部位，最后到达D

14、位置，能量吸收的原理与上图类同。但当作用力较大时，D点位置所产生的损伤远远大于单一的水平撞击，因为垂直的作用力Fy与D点位置形成弯曲力矩，对D点造成综合损坏。图4-25 一角碰撞对前侧梁产生的效应车身结构的吸能及加强区布置 上部车身的吸能分析 分析：从图4-26我们可以看出：如果撞击力发生在车辆的上端，则在撞击力传导过程中，较弱的B、C部分会损坏而吸收部分撞击能量。图4-26 上部车身零件的吸能车身结构的吸能及加强区布置 上部车身的吸能分析 撞击力传导至D部位后，会因波纹效应影响前柱上支柱和车顶侧栏板，前柱以其下端与车门槛板的连接点作为支点，向后倾斜，导致常见的车门缝隙变化。当力传导至E部位时

15、，波纹效应会因挡风玻璃的安装形式不同略有变化，如图4-27所示。图4-27 撞击能量传递到挡风玻璃车身结构的吸能及加强区布置 上部车身的吸能分析 撞击力传导至D部位后，会因波纹效应影响前柱上支柱和车顶侧栏板，前柱以其下端与车门槛板的连接点作为支点，向后倾斜，导致常见的车门缝隙变化。当力传导至E部位时，波纹效应会因挡风玻璃的安装形式不同略有变化，如图4-27所示。图4-27 撞击能量传递到挡风玻璃车身结构的吸能及加强区布置 上部车身的吸能分析 如果挡风玻璃是粘着式，则撞击力会分布在整个区域，若挡风玻璃是密封条式，则撞击力在E点部位产生的损伤比粘着式更大。当然，不管挡风玻璃是那种连接类型，E部位往

16、上推，造成车顶侧栏板、风挡玻璃框架、车顶钢板向上变形，从而造成中柱上端和车顶连接处产生扭曲变形。图4-27 撞击能量传递到挡风玻璃车身结构的吸能及加强区布置 后车身的吸能 （1）后底部车身 后底部车身的能量吸收区域设置取决与油箱的布置形式，油箱在车身的布置形式分为悬浮式和脊背式两种。图4-28 传统FR车身的油箱布置车身结构的吸能及加强区布置 后车身的吸能 在传统的前置后驱车辆上，油箱布置在车辆的后方，如图4-28所示。这种油箱的布置形式称为悬浮式，油箱比较扁平而较长。后车底板侧梁被设计成刚性较强的结构不易变形，因为一旦发生后撞，后侧量后端如果弱化，则后侧梁后端发生变形可能挤压油箱，导致燃油泄

17、漏。此外，后车底板所设计的拱起区域可以在后部撞击时发生弯曲变形以吸收碰撞能量。图4-28 传统FR车身的油箱布置车身结构的吸能及加强区布置 后车身的吸能 （1）后底部车身 近年来有更多的FR车身和FF车身车辆的燃油箱放置于后轴前方，这种情况下油箱设计的比较深和短，我们把它称为脊背式油箱。如图4-29所示。图4-29 脊背式油箱的布置形式车身结构的吸能及加强区布置 后车身的吸能 这种车辆在后车底板侧梁后端实施波纹加工处理，从而降低该部位的刚性从而吸收来自后方的撞击能量。某些车辆为了提高维修作业的效率，把后侧量后端做成可分离状态，如图4-30所示。图4-30 经过波纹加工的后侧梁车身结构的吸能及加

18、强区布置 后上部车身的吸能 在后部撞击时，撞击力除了引起接触区域的损坏外，还会传到上部车身，使得后翼子板向前变形，导致后翼子板和后车门的缝隙缩小。如果撞击能量很高，则会导致后车门向前推导致车门中柱跟着发生变形。撞击力足够大的情况下也可延伸至前门，导致前车身立柱也发生变形。具体的撞击力传递路线如图4-31所示。图4-31 后部撞击向前传递路线车身结构的吸能及加强区布置 后上部车身的吸能 后部车身在发生碰撞时，撞击力传递的另一个途径是经过后翼子板向上传递给车顶侧栏板，如图4-32所示。车顶侧栏板被向上推，从而导致中柱上方的车顶钢板发生扭曲。从后部车身的撞击能量传递路线我们可以理解，为了保障乘客区域

19、不被压缩，我们在车辆中部零件的设计上，尽量提高零件的刚性来抵抗挤压变形。图4-32 后部撞击的向上传递路线任务实施 车身结构安全设计区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：任务实施 车身结构安全设计区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：任务实施 车身结构安全设计区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。

20、零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：任务实施 车身结构安全设计区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：任务实施 车身结构安全设计区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：任务实施 车身结构安全设计区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：任务实施 车身结构安全设计

21、区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：任务实施 车身结构安全设计区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：任务实施 车身结构安全设计区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：任务实施 车身结构安全设计区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零

22、部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：任务实施 车身结构安全设计区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：任务实施 车身结构安全设计区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：任务实施 车身结构安全设计区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：任务实施 车身结构安全设计区域及零件实车认知。根据如下表所示图片，在实际车辆上面找到相应的零部件和区域位置，并请填写该零部件的名称和作用。零件名称：零件作用：是否布置有吸能区域：