商用車車架結構輕量化設計方法及材料選擇

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商用車車架結構輕量化設計方法及材料選擇

提出了一種商用車車架輕量化材料選擇和結構設計方法。基于靜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。以單位強度的質量大小作為評價指標，結果表明，輕量化材料和高強度鋼具有一定優勢；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，需要更多不同質量的輕量化材料；高強度鋼與中強度鋼相比優勢不明顯。

商用車結構輕量化設計的目標是選擇質量最小但載荷承載能力最大的部件結構。利用懸臂試驗驗證結構輕量化設計的潛力。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量，但需保證斷面系數不變，U形橫截面的單位長度質量減輕了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通過優化橫臂結構，去掉不必要的材料，形成鏤空結構，可使其單位長度質量減輕至最低3.0kg/m。但是從裝配角度分析，鏤空結構需要其它輔助支撐附件，實際利用價值低。結構優化設計試驗表明，同一種材料下，輕量化結構設計所獲得的效果極為明顯。

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