商用車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法及材料選擇

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商用車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法及材料選擇

提出了一種商用車(chē)車(chē)架輕量化材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。基于靜載荷試驗(yàn)分析對(duì)比了不同材料下車(chē)輛承受載荷能力。首先把材料制造成一定長(zhǎng)度的工字鋼，然后兩端放在兩個(gè)支點(diǎn)上，中間施加一定垂直載荷。以單位強(qiáng)度的質(zhì)量大小作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)果表明，輕量化材料和高強(qiáng)度鋼具有一定優(yōu)勢(shì)；鋁和高強(qiáng)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(qiáng)塑料外，需要更多不同質(zhì)量的輕量化材料；高強(qiáng)度鋼與中強(qiáng)度鋼相比優(yōu)勢(shì)不明顯。

商用車(chē)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)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(yàn)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)的潛力。試驗(yàn)以一定長(zhǎng)度的圓柱狀橫臂作為參考物，其單位長(zhǎng)度質(zhì)量為34.3kg/m。試驗(yàn)分3步進(jìn)行：①通過(guò)改變橫臂橫截面形狀來(lái)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(zhǎng)度質(zhì)量減輕了69％；②通過(guò)改變橫臂長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(shí)際利用價(jià)值低。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)表明，同一種材料下，輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所獲得的效果極為明顯。

研究了商用車(chē)底盤(pán)中常見(jiàn)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，最常見(jiàn)的是車(chē)輛縱軸與一橫軸連接節(jié)點(diǎn)。依據(jù)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則和垂直載荷敏感度大小設(shè)計(jì)了新節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了單位質(zhì)量承載能力最大。實(shí)際案例顯示，通過(guò)使用高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)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(chē)整車(chē)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