商用车车架结构轻量化设计方法及材料选择



商用车车架结构轻量化设计方法及材料选择

提出了一种商用车车架轻量化材料选择和结构设计方法。基于静载荷试验分析对比了不同材料下车辆承受载荷能力。首先把材料制造成一定长度的工字钢，然后两端放在两个支点上，中间施加一定垂直载荷。以单位强度的质量大小作为评价指标，结果表明，轻量化材料和高强度钢具有一定优势；铝和高强度钢具有同等承载能力；在工字钢刚度变化相同情况下，除了碳纤维增强塑料外，需要更多不同质量的轻量化材料；高强度钢与中强度钢相比优势不明显。

商用车结构轻量化设计的目标是选择质量最小但载荷承载能力最大的部件结构。利用悬臂试验验证结构轻量化设计的潜力。试验以一定长度的圆柱状横臂作为参考物，其单位长度质量为34.3kg/m。试验分3步进行：①通过改变横臂横截面形状来减轻质量，但需保证断面系数不变，U形横截面的单位长度质量减轻了69％；②通过改变横臂长度方向的横截面面积，保证每一横截面材料利用率最高；③通过优化横臂结构，去掉不必要的材料，形成镂空结构，可使其单位长度质量减轻至最低3.0kg/m。但是从装配角度分析，镂空结构需要其它辅助支撑附件，实际利用价值低。结构优化设计试验表明，同一种材料下，轻量化结构设计所获得的效果极为明显。

研究了商用车底盘中常见的节点设计，最常见的是车辆纵轴与一横轴连接节点。依据节点设计基本准则和垂直载荷敏感度大小设计了新节点结构，实现了单位质量承载能力最大。实际案例显示，通过使用高强度钢和先进的轻量化生产制造技术，如滚轧成形技术，可使商用车整车质量减轻10％，主要部件质量可减轻30％。

刊名：Advances in Manufacturing（英）

刊期：2015年第3期

作者：Peter Seyfried et al

编译：谢秀磊