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商用車車架結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計方法及材料選擇

提出了一種商用車車架輕量化材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法?；陟o載荷試驗分析對比了不同材料下車輛承受載荷能力。首先把材料制造成一定長度的工字鋼，然后兩端放在兩個支點上，中間施加一定垂直載荷。以單位強度的質(zhì)量大小作為評價指標(biāo)，結(jié)果表明，輕量化材料和高強度鋼具有一定優(yōu)勢；鋁和高強度鋼具有同等承載能力；在工字鋼剛度變化相同情況下，除了碳纖維增強塑料外，需要更多不同質(zhì)量的輕量化材料；高強度鋼與中強度鋼相比優(yōu)勢不明顯。

商用車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的目標(biāo)是選擇質(zhì)量最小但載荷承載能力最大的部件結(jié)構(gòu)。利用懸臂試驗驗證結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的潛力。試驗以一定長度的圓柱狀橫臂作為參考物，其單位長度質(zhì)量為34.3kg/m。試驗分3步進行：①通過改變橫臂橫截面形狀來減輕質(zhì)量，但需保證斷面系數(shù)不變，U形橫截面的單位長度質(zhì)量減輕了69％；②通過改變橫臂長度方向的橫截面面積，保證每一橫截面材料利用率最高；③通過優(yōu)化橫臂結(jié)構(gòu)，去掉不必要的材料，形成鏤空結(jié)構(gòu)，可使其單位長度質(zhì)量減輕至最低3.0kg/m。但是從裝配角度分析，鏤空結(jié)構(gòu)需要其它輔助支撐附件，實際利用價值低。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計試驗表明，同一種材料下，輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計所獲得的效果極為明顯。

研究了商用車底盤中常見的節(jié)點設(shè)計，最常見的是車輛縱軸與一橫軸連接節(jié)點。依據(jù)節(jié)點設(shè)計基本準(zhǔn)則和垂直載荷敏感度大小設(shè)計了新節(jié)點結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了單位質(zhì)量承載能力最大。實際案例顯示，通過使用高強度鋼和先進的輕量化生產(chǎn)制造技術(shù)，如滾軋成形技術(shù)，可使商用車整車質(zhì)量減輕10％，主要部件質(zhì)量可減輕30％。

刊名：Advances in Manufacturing（英）

刊期：2015年第3期

作者：Peter Seyfried et al

編譯：謝秀磊