本书为汽车工程学会推荐，主编王登峰为汽车轻量化领域专家

本书以汽车车身结构参数化和轻量化优化设计为主线，从便于企业产品开发一线的工程师阅读和应用的视角出发，既重视车身结构设计理论与方法的渐进性和系统性，又强调所选案例的针对性和实用性；既聚焦车身参数化和轻量化优化设计具体的方法和步骤，又关注不同车企车身结构系列化和平台化设计开发的特殊需求，努力从不同层面剖视车身参数化和轻量化优化设计的共性技术关键，深入浅出地论述了车身研发中结构参数化设计和轻量化优化设计的基本理论方法和共性核心技术，为读者提供更加丰富、全面和翔实技术资料。

第一章 概述 11

1.1 车身的分类与组成 11

1.1.1 车身的分类 11

1.1.2 车身的组成 15

1.2车身设计开发原则 21

1.2.1 法规和标准 24

1.2.2 车身选材 24

1.2.3 车身制造工艺 28

1.2.4 车身性能要求 30

1.3 性能驱动的车身设计流程 36

第二章 车身轻量化设计方法 40

2.1 车身轻量化的背景 40

2.2国内车身轻量化发展趋势 41

2.3 车身轻量化基本概念 45

2.3.1轻量化计算方法 45

2.3.2轻量化构造 46

2.3.3轻量化设计原则 48

2.3.4轻量化设计优化 50

2.4 车身载荷与传递路径 52

2.4.1 车身工作载荷 52

2.4.2 车身冲击载荷 60

2.4.3 车身传递路径 61

2.5 车身结构轻量化优化设计 62

2.5.1 整车及车身轻量化评价指标 62

2.5.2 车身结构拓扑优化设计 66

2.5.3 车身结构尺寸优化设计 72

2.5.4性能驱动的车身结构轻量化设计 79

2.5.5 车身轻量化结构/性能/材料一体化优化设计 94

第三章 车身轻量化虚拟工程 106

3.1有限单元法基本介绍 107

3.1.1有限单元法概念 107

3.1.2 有限元法的发展 107

3.1.3有限元法分析的基本步骤 109

3.2 通用有限元程序 112

3.2.1 HyperMesh软件简介 112

3.2.2 Nastran软件 113

3.2.3 Ls-Dyna软件 113

3.3 车身刚度有限元分析方法 114

3.3.1车身刚度有限元建模 114

3.3.2白车身刚度有限元分析 118

3.3.3 车身刚度主要影响因素与优化方法 124

3.4 车身模态分析方法 128

3.4.1模态分析理论 128

3.4.2车身自由模态分析方法 130

3.5 车身结构抗撞性有限元分析方法 132

3.5.1汽车碰撞形式及设计要求 132

3.5.2乘员伤害原因及机理 133

3.5.3车身结构抗撞性发展状况 136

3.5.4结构抗撞性的理论基础 138

3.5.5车身结构抗撞性有限元建模 140

3.5.6车身结构抗撞性主要影响因素与优化方法 143

第四章 基于SFE的车身全参数化建模方法 153

4.1 SFE-CONCEPT软件介绍 153

4.1.1 SFE-CONCEPT软件背景 153

4.1.2 SFE-CONCEPT软件特点 154

4.2 车身参数化建模术语与命名规则 157

4.2.1车身参数化建模术语 157

4.2.2车身参数化区域划分及命名 157

4.2.3车身参数化建模AGRP命名规范参考 163

4.2.4车身参数化有限元模型信息命名规范 164

4.3 SFE车身参数化建模 167

4.3.1建模参数选取 167

4.3.2 SFE车身参数化建模流程 167

4.3.3白车身外部网格建模参考模型 168

4.3.4白车身各模块参数化建模 169

4.3.5前舱模块之间的装配 171

4.3.6前地板模块之间的装配 172

4.3.7后地板总成模块之间的装配 173

4.3.8侧围模块之间的装配 173

4.3.9顶棚模块之间的装配 174

4.3.10挡风玻璃参数化模型的创建方法 175

4.3.11局部细节特征参数化建模方法 178

4.3.12白车身装配 178

4.3.13刚度工况加载及计算 182

4.3.14碰撞工况加载及计算 183

4.4 参数化车身拓扑方案阶段优化 184

4.5后台批处理实现 185

第五章 车身多学科多目标优化设计方法 188

5.1 多学科优化方法 188

5.1.1 概述 188

5.1.2 单目标优化 189

5.1.3 多目标优化 190

5.1.4 优化算法 190

5.2 基于近似模型的优化设计方法 195

5.2.1 概述 195

5.2.2 试验设计 196

5.2.3 近似模型方法 202

5.2.4 基于参数化模型的车身结构优化案例 206

第六章 车身参数化与轻量化优化设计案例分析 210

6.1 车身参数化设计 210

6.1.1车身全参数化建模 210

6.1.2 参数化模型库在整车早期开发中的应用 218

6.1.3 参数化模型的平台化车型衍生开发 225

6.2 车身参数化与多目标轻量化设计案例 229

6.2.1车身隐式参数化建模方法 229

6.2.2基于刚度和模态的参数化车身轻量化优化设计 235

6.2.3基于侧碰抗撞性的参数化车身轻量化优化设计 236

6.2.4基于结构抗撞性的参数化车身轻量化优化设计

近年来，我国汽车工业高速发展，产销量已经连续9年位居世界第一，成为名副其实的世界汽车制造大国。随着我国汽车自主开发和科技创新的全面开展，汽车车身结构正向开发设计受到汽车企业的高度重视，结构参数化和轻量化优化集成设计是车身高效正向开发必不可少的重要手段。传统的车身设计流程，从零件结构形状、断面设计到车身几何模型的更新，再到车身有限元模型搭建、仿真分析和结构优化，要耗费大量时间和人力，通常经过一轮的设计优化并不能满足设计目标要求，需要重复进行设计与分析计算，无论是几何模型的修改还是有限元模型的调整，均需要耗费相当大的人力和物力。

SFE-Concept软件提供了一个完全隐式结构的参数化设计平台，可用模块化方法对车身结构进行参数化建模，通过相应设置能够直接自动生成用于各种计算任务的高质量有限元模型，可在产品开发设计早期概念设计阶段实现真正意义上的“分析驱动设计”，形成车身结构参数化设计平台，进行同平台和跨平台车型参数化车身的模块共享，实现车身结构的快速变形、调整和衍生，能快速完成车身结构几何变化与修改，实现拓扑结构、断面和板厚的自动调整和模型重建，并保持变形后各零件连接关系特性。SFE-Concept软件提供了丰富的与外部有限元求解器和多学科优化软件交换数据的接口，并通过与多目标优化软件和有限元求解器进行集成和联动，进行车身结构的自动设计、分析与优化，实现车身结构多性能目标的自动寻优，确定有效解决方案；能显著提升车身的研发效率和性能品质，降低研发成本，缩短开发周期，有效支撑自主品牌车型车身结构的正向开发。SFE-Concept参数化软件作为汽车行业中一种全新的汽车概念设计解决方案，已经被欧洲，北美，澳大利亚和日本等各大整车企业广泛运用。

本书以汽车车身结构参数化和轻量化优化设计为主线，从便于企业产品开发一线的工程师阅读和应用的视角出发，既重视车身结构设计理论与方法的渐进性和系统性，又强调所选案例的针对性和实用性；既聚焦车身参数化和轻量化优化设计具体的方法和步骤，又关注不同车企车身结构系列化和平台化设计开发的特殊需求，努力从不同层面剖视车身参数化和轻量化优化设计的共性技术关键，深入浅出地论述了车身研发中结构参数化设计和轻量化优化设计的基本理论方法和共性核心技术，为读者提供更加丰富、全面和翔实技术资料。

首先介绍了车身分类、组成、开发原则和设计流程。论述了车身轻量化的基本概念、国内现状和发展趋势；分析了不同工况下车身载荷与传递路径，阐明了车身结构轻量化设计方法；然后介绍了车身结构轻量化设计中应用最广泛的有限元法的基本建模方法，列举了汽车行业产品开发中最常用的几款商用有限元分析软件，并通过实例论述了车身弯扭刚度、模态和结构抗撞性的有限元建模与分析方法；接着简要说明了本书的重点内容车身结构参数化设计软件SFE-Concept的开发背景和性能特点，重点介绍了车身参数化建模术语，结构区域划分与命名规则，零部件模块化参数化设计方法，以及各模块和车身总成的装配方法，变量录制及参数化模型调整方法；阐明了由参数化模型自动生成高质量有限元模型的方法，有限元模型信息的命名规范，不同分析任务有限元模型加载和计算方法，以及后台批处理的自动计算方法。车身结构的轻量化设计往往是多个冲突目标的协同优化设计，为了对车身结构进行轻量化多目标优化设计，书中简要介绍了汽车产品研发中常用的多目标优化设计算法和解决复杂优化问题的近似模型方法；并结合不同的车身参数化和轻量化优化设计实例，详细论述了这些方法在车身产品开发工程实际中的具体实施方法。

书中各章节由企业车身开发一线技术人员编写，是汽车产品开发一线工程师自已编写的技术书籍，不强调学术性，更侧重实用性，它的出版和应用一定会对汽车车身参数化正向开发和轻量化优化设计发挥重要的促进作用。

本书有幸邀请到了编者的老朋友德国SFE公司的创始人，前总裁和CEO，Hans Zimmer先生为本写了序。在此仅代表编委会向Hans Zimmer先生表示衷心的感谢。