重卡轻量化技术研究浅析
重卡车车架的设计与轻量化分析
理念和设计方法依然采用较 为传统 的手工方法 ．导致产品存在 缺陷 ， 目前 国产载货车普遍存在整车协调性较差的问题 。 因为局 部材料用量过多或偏少 ， 造成 用材的浪费或不足 ． 使得整车强度
不均匀 ， 综合性能偏低 。 １ 车 架 结 构 及 轻 量 化 分 析 重 卡 车 车 架 是 重 卡 车 的核 心承 载 部 件 ． 由 两 根 纵 梁 搭 载 数 根横 梁构 成 ． 由前 后 桥 和 悬 挂 装 置 支 承 ． 因而 它 必 须 具 有 足够 的
证车架 刚度和强度 为前 提 。 然后尽可能地减轻 车架的用材 ， 从而 减轻整车 的质量 。 这不仅 可以减少燃油 的消耗 ， 而且还 可以提高
车速 ， 改 善 汽 车 的综 合 性 能 ． 从 而 可 以 一 定 程 度 上 延 长 汽 车 和 公 路 的使 用 寿 命 。 目前 国 内在 载 货 卡 车 的 设 计 、 制造 和改进方 面 ， 由 于设 计
２ ０ １ ４ ． Ｎ０ ． １ １
机 械 与 自动 化
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｅ ｎ ａ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
重卡车车架的设计与轻量化分析
闰 伟
（ １ ． 太原理工大学 ， 山西 太 原
梁会受到较大 的弯 曲应力 。为 了使低速重卡车达到 比较理想 的 使用性能 ， 纵梁都采用 直线 形结 构 ， 从而降低纵梁的高度和汽车 整车的重心 ， 也减轻整车 自身的质量 。 横梁的抗弯性能和抗扭性 能会直接影响纵梁的内应力 ， 增加横梁 的抗弯抗扭性能 ． 就可以
增 强 车 架 的扭 转 刚度 。 由于车架结构疲劳破坏引发车架损坏是普遍存 在的现象 ， 因 此我 们 在 研 究 车架 结 构 的 刚 度 和 强度 时 ，如果 只单 一地 分 析
基于拓扑及形状优化的大吨位装载机轻量化设计方法研究
工程机械的迅速发展为结构优化设计开辟了 一个广阔的应用空间，国内部分学者［1］［2］对装载 机工作装置的优化设计进行了建设性的工作，然而 综合运用多种优化方法实现结构减重的研究尚不 多见。
设计计算 DESIGN & CALCULATION
基于拓扑及形状优化的大吨位装载机轻量化 设计方法研究
王晓明，王林颖，孟令超，李晓枫，张永胜，魏加洁
（徐工集团工程机械股份有限公司，江苏 徐州 221004）
［摘要］综合运用拓扑及形状优化的设计思想，对大吨位装载机动臂结构材料布局及边界形状进行 优化设计。首先以结构刚度最大化为设计目标，考虑材料体积约束，优化结构材料布局，采用准则法对 优化问题求解，得到结构最优拓扑；然后在拓扑优化结果的基础上，以结构位移为目标，考虑最大应力 约束，优化结构边界形状，得到动臂最优结构。经强度校核证明设计方案的有效性。
4 结论
拓扑优化是建立在有限元方法和弹性力学基 础上的一种先进设计技术，它研究材料在结构设计
图10 动臂优化结构强度计算结果
域中的最优分布，以实现最佳力学性能。本文针对 装载机动臂结构，采用基于灵敏度分析的拓扑优化 方法进行优化设计，为动臂结构轻量化设计提供了 一种切实可行的方法，并为类似产品的改进设计提 供了可借鉴的依据。上述动臂结构设计具有以下 特点：
本文采用拓扑优化和形状优化设计方法，研 究大吨位装载机动臂的优化设计问题。首先建立动 臂结构拓扑优化问题的数学模型，以材料密度为设 计变量，对最优拓扑进行提取，建立了新的有限元 模型；并以此为基础，对动臂边界进行形状优化设 计，得到形状最优的结构；最后，对设计方案进行 强度校核，结果证明了综合优化方法的有效性。
9.6米厢式货车铝合金车厢轻量化设计及优化
9.6米厢式货车铝合金车厢轻量化设计及优化9.6米厢式货车铝合金车厢轻量化设计及优化随着物流运输业的不断发展，货车作为一种重要的运输工具，其设计和制造也面临着挑战。
在货车设计中，车厢的负重能力和车身的轻量化是关键的考虑因素之一。
本文将着眼于9.6米厢式货车铝合金车厢的轻量化设计和优化。
首先，我们需要了解铝合金在车身设计中的优势。
相对于传统的钢材，铝合金具有更高的强度和较低的密度。
这使得铝合金适合于重量敏感的应用，如货车车厢。
同时，铝合金具有良好的耐腐蚀性能，可以延长车身的寿命。
在设计过程中，我们需要考虑车厢的稳定性和刚性。
通过材料替换，使用铝合金能够减少车身的自重，从而提高整体的有效载重能力。
此外，车厢的结构设计也需要满足载货稳定性的要求，确保货物在运输过程中不会发生移动或损坏。
在保持结构稳定性的前提下，轻量化设计需要考虑到材料的合理分布和形状优化。
通过使用优化设计软件和有限元分析方法，我们可以确定最佳的材料厚度和材料位置，以提高整体的刚度，并减少不必要的材料浪费。
此外，使用铝合金还可以采用回收再利用的方式，减少资源浪费和环境污染。
除了材料的优化，我们还可以通过其他设计手段来进一步降低车身的重量。
例如，可以采用空心结构、蜂窝结构或者梁柱结构来代替传统的实心结构，以实现更高的强度和更低的重量。
此外，采用高强度螺栓和焊接技术可以提高连接处的强度和刚度，进一步降低车身的重量。
此外，我们还需要考虑到车辆的安全性。
在轻量化设计中，我们不能仅仅追求减少重量而忽视安全性。
因此，在设计过程中，我们需要对车辆进行全面的结构强度分析和碰撞模拟，以确保车身在意外情况下能够提供足够的保护。
这可以通过使用高强度材料、加厚关键结构部件和合理布置吸能区域来实现。
综上所述，9.6米厢式货车铝合金车厢的轻量化设计和优化是一项挑战，但也是十分重要的。
通过合理的材料选择、优化的结构设计和全面的安全考虑，我们可以实现车身重量的降低，提高车辆的负载能力，并减少资源的消耗。
自卸车车体轻量化设计
自卸车车体轻量化设计自卸车（dump truck）作为重型货运车辆的代表之一，其设计对于提高运载效率、降低燃油消耗和减少环境污染具有重要意义。
本文将探讨自卸车车体轻量化设计的重要性，并介绍一些常用的轻量化设计方法和技术。
自卸车车体所承受的负荷主要来自于货物的重量和运输过程中的震动、冲击力。
传统的自卸车车体设计一般采用钢材作为主要材料，其具有较高的强度和刚性，但重量较大，从而限制了自卸车的运载能力和燃油经济性。
因此，进行车体轻量化设计势在必行。
轻量化设计的首要目标是在不影响车体结构强度和安全性的前提下，尽量降低车体的重量。
为实现这一目标，可采用以下一些常用的轻量化设计方法和技术。
首先，材料选择是轻量化设计的关键。
采用轻质高强度材料能够在保证安全性的前提下降低车体重量。
例如，铝合金和高强度钢材相比于普通碳钢具有更高的强度和韧性，同时重量更轻。
此外，也可以考虑采用复合材料等新材料进行车体设计，来进一步减轻车体重量。
其次，结构优化是另一重要的轻量化设计手段。
通过对自卸车车体结构的合理设计和优化，可以减少废弃材料的使用，提高结构的强度和刚性。
常见的结构优化方法包括减少焊缝数量和长度、采用合理的支撑结构和加强筋等。
通过这些优化措施，可以在保证车体强度的前提下降低结构的重量。
此外，采用先进的制造工艺和技术也是轻量化设计的重要手段之一。
例如，采用激光切割和冲压工艺可以减小材料的浪费，并提高制造精度；采用焊接、铆接等连接技术可以强化结构，并提高车体的整体强度。
同时，结合3D打印技术等新型制造技术，不仅能够减少材料的使用，还可以实现个性化制造。
最后，通过应用先进的仿真和优化软件来辅助设计也是进行车体轻量化设计的重要手段。
通过建立车体的有限元模型和载荷模型，可以对车体结构进行应力分析和优化。
通过优化设计，可以最大程度地减少材料的使用，从而实现车体轻量化。
综上所述，自卸车车体轻量化设计对于提高运载效率和降低能耗具有重要意义。
重卡轻量化PDCPD材料应用分析
13310.16638/ki.1671-7988.2018.04.043重卡轻量化PDCPD 材料应用分析孟拥军1，史永刚1，张辉3（1.陕汽集团陕西华臻车辆部件有限公司，陕西 西安 710000；2.陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200）摘 要：文章主要针对汽车轻量化新材料进行应用分析，通过对PDCPD 新材料的制备、成型、产品设计和性能分析验证，以其轻量化和环保性为替代传统SMC 材料提供可行空间。
关键词：新材料；PDCPD ；轻量化中图分类号：U465 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)04-133-02Application analysis of heavy truck lightweight PDCPD materialMeng Yongjun 1, Shi Yonggang 1, Zhang Hui 3( 1.Shaanxi Automobile Group Shaanxi Hua Zhen Auto Parts Company Limited, Shaanxi Xi'an 710000; 2. Shaanxi Heavy -duty Motor Company Limited Automotive Engineering Research Institute of Shaanxi Province, Shaanxi Xi'an 710200 ) Abstract: This paper is mainly about the application analysis of new lightweight materials for automobiles. Through the preparation, molding, product design and performance analysis of PDCPD new materials, it can provide viable space for its lightweight and environmental protection instead of traditional SMC materials. Keywords: New materials; PDCPD; lightweightCLC NO.: U465 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)04-133-02前言当前重型汽车排放要求和载重量限制要求的不断提升，节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车发展的趋势，其中节能和环保成为汽车发展的趋势。
大客车轻量化有限元分析整车优化
大客车轻量化有限元分析整车优化1. 引言随着人们对环境保护和燃油效率要求的不断提高，大客车轻量化成为了整车设计中的关键课题之一。
通过减轻车辆自重，可以降低能耗、提高燃油经济性，同时还可以改善整车的操控性能和安全性能。
在大客车轻量化设计中，有限元分析成为了一种常用的工具，可以对车辆结构进行优化，提高轻量化效果。
本文将介绍大客车轻量化的有限元分析整车优化方法。
2. 有限元分析基础知识有限元分析是一种基于数值方法的工程分析技术，通过将复杂的实体结构离散化成有限个简单的有限元单元，建立数学模型并进行计算，得到结构的应力、应变、变形等力学特性。
在大客车轻量化设计中，有限元分析可以帮助工程师评估车辆结构的强度、刚度、疲劳寿命等性能，从而进行结构优化。
有限元分析主要包括以下几个步骤：1.几何建模：对车辆进行几何描述，并进行网格划分，将车辆结构离散化成有限个有限元单元。
2.材料属性定义：为不同的部件设置适当的材料属性，包括弹性模量、泊松比、密度等。
3.约束和加载条件设置：根据实际工况，设置车辆模型的约束条件和加载条件，包括边界约束、受力情况等。
4.求解有限元方程：通过解有限元方程，得到车辆结构的应力、应变分布情况。
5.结果分析和优化：根据分析结果，评估车辆结构的性能，进行结构优化。
3. 大客车轻量化有限元分析整车优化方法3.1 结构刚度和强度优化大客车的结构刚度和强度是影响整车性能的重要因素之一。
通过有限元分析，可以评估车辆结构在不同工况下的应力、应变，进而确定结构的刚度和强度。
在轻量化设计中，可以通过优化车辆结构的材料分布、截面形状和连接方式等来实现整车重量的减轻。
通过有限元分析，可以评估不同优化方案的效果，并选择最佳方案。
3.2 材料选择和优化在大客车轻量化设计中，材料的选择也是一个重要的优化点。
通过有限元分析，可以评估不同材料的性能，包括强度、刚度、密度等。
在优化过程中，可以对不同材料进行对比分析，选择最佳材料，并通过改变材料的配比来达到轻量化的效果。
重型载重汽车车架轻量化设计研究
重型载重汽车车架轻量化设计研究一、概览重型载重汽车作为现代运输行业的重要支柱，其性能与效率直接影响到物流运输的成本与速度。
而车架作为重型载重汽车的核心部件，其重量不仅关系到整车的燃油经济性、动力性，还直接影响到汽车的安全性能。
车架轻量化设计成为提升重型载重汽车性能的重要途径，也是当前汽车制造业研究的热点之一。
车架轻量化设计的核心在于通过优化结构和材料选择，减轻车架的重量，同时保证车架的强度、刚度和耐久性。
这需要对车架的受力情况、材料性能以及制造工艺进行深入的研究和分析。
随着科学技术的不断进步，新型材料如高强度钢、铝合金、碳纤维复合材料等的应用为车架轻量化设计提供了更多的可能性。
在车架轻量化设计过程中，除了考虑材料的选用外，还需要对车架的结构进行优化设计。
通过合理的结构设计，可以减小车架的截面尺寸和厚度，进一步降低车架的重量。
还需要考虑车架与发动机、底盘等部件的连接方式和配合关系，确保整车的稳定性和安全性。
车架轻量化设计还需要考虑生产工艺和制造成本。
在满足性能要求的前提下，应尽量采用简单易行、成本较低的制造工艺和材料，以降低整车的生产成本，提高市场竞争力。
重型载重汽车车架轻量化设计是一个涉及材料、结构、工艺等多方面的复杂问题。
通过深入研究和分析，采用合理的设计方法和手段，可以实现车架的轻量化，提高重型载重汽车的性能和效率，为物流运输行业的发展做出贡献。
1. 重型载重汽车在社会经济中的地位与作用重型载重汽车作为道路交通的重要载体，在社会经济发展中占据着举足轻重的地位。
它们不仅是货物运输的主要工具，还是基础设施建设、物流运输、农业生产等领域不可或缺的力量。
随着全球经济一体化的加速推进，重型载重汽车的需求日益增长，对社会经济的发展起着重要的支撑作用。
重型载重汽车在货物运输中发挥着关键作用。
无论是长途运输还是短途配送，重型载重汽车都能以其强大的承载能力和稳定的性能，确保货物安全、高效地到达目的地。
在国际贸易中，重型载重汽车更是扮演着重要角色，它们穿梭于世界各地的港口、仓库和物流中心，将货物运送到各个角落，为国际贸易的繁荣做出了巨大贡献。
浅谈铁路客车车体轻量化问题分析
167学术论丛浅谈铁路客车车体轻量化问题分析杜坤哈尔滨铁路局三棵树车辆段摘要：所谓铁路客车车体的轻量化，就是在确保车体强度及安全的基础上，通过相关的技术手段，最大程度上缩减车体整备质量，提高其动力性能，以达到节能耗、减少空气污染。
经过相关的实践证明，如果铁路客车车体质量能够减小一般的话，燃料消耗也随之几乎同样幅度的削减，已经有着非常广阔的发展前景。
本文通过对我国首列轻量化不锈钢A 型地铁车辆的实例分析，展望了铁路客车车体轻量化的未来发展，希望能对相关人员提供有价值的参考。
关键词：铁路客车；车体轻量化；发展引言铁路运输具有运力大、安全稳定的优势，承担着我国物资及旅客的重要运输任务，在我国相关技术的不断创新发展之下，近年来我国铁路客车制造取得了举世瞩目的成就，中国自主研发制造的铁路客车远销海内外，赢得了普遍的赞誉。
车辆及交通运输业的发展经常伴随着环境污染问题，当前全球都对节能环保理念引起了高度重视，因而我国的铁路客车制造业也开始研究车体轻量化，这已经成为未来铁路客车制造业的发展趋势。
一、铁路客车车体轻量化目的及意义在铁路客车车体轻量化的发展过程中，通过减少车体重量，能够提高输出功率、降低噪声、提升操控性、可靠性和安全性，同时还能提高车速、降低油耗、减少废气排放。
另外，随着铁路客车的车身变轻，对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都能够起到重要的积极作用。
车辆车体结构轻量化以后，将会有效降低运行阻力，节省牵引以及制动需要的能量；减少对轨道的压力，降低车轮和轨道的磨损；降低了车辆和轨道的维护成本；还能够直接减少建造车辆使用的材料，通过优化结构设计和新型材料的应用，实现车体结构轻量化[1]。
二、我国首列轻量化不锈钢A 型地铁车辆的应用分析我国首列轻量化不锈钢A 型地铁车辆，是由青岛四方机车车辆股份有限公司生产的，这也是北京轨道交通首列A 型车辆，比B 型车辆具有更大的载客能力[2]。
特别值得称道的是，该车辆的设计充分利用不锈钢高强度的特点，车辆的“轴重”这一技术指标，在国内首次达到与铝合金车体同等的16吨水平，既满足车辆大载荷需求，又达到节能降耗的最佳效果；不锈钢车体十分的平顺，采用激光焊接最新的技术工艺，提高了密闭性和整体刚度；车辆的防撞击、车体的强度等性能优秀，车体纵向静压载荷达到120吨，头车设有“防爬吸能装置和吸能区”，安全性能更高。
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铝合金工作走台
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 等刚度
钢 铝合金
等强度
结构强度相同的情况下，铝合金与钢制件的 重量对比关系；
以6X4牵引车为例，仅通过使用铝合金轮毂，整车即可降重220kg， 若累加其它系统的铝合金降重项目，整车可实现约800Kg的降重。
BFDA | 16
2 新材料、新工艺
高分子材料的应用
BFDA | 9
3 轻量化工作管理思路
轻量化设计带来的好处固然是有 很多，但是在我们车型的设计过程中， 如果盲目的追求轻量化，也将给车辆 带来功性能设计风险和故障隐患，所 以我们对每一项的轻量化设计都要有 严格的流程管控。
CAE虚拟验证 性能及可靠性 台架验证
整车道路试验
专业团队评审 完善的开发管 控流程
横梁
原垫板
产品名称 垫板
挡泥板支架 衬套
前下防护
新垫板
原材料 QT450 Q345 双金属 DL510
原衬套
新衬套
原支架
新支架
前下防护横梁更改 为复合材料
新材料
原材料密度 g/cm³
新材料密度 g/cm³
减重率
减重Kg
MC尼龙
7.85
1.3
（65-85）%
4
玻纤增强复合材料
8.4
1.15
汽车轻量化 ——对于重卡最主要两个意义： 提高运输效率+降低燃油消耗
BFDA | 5
2 政策、法规对商用车轻量化的影响
政策、法规的变化 2016年，随着国家标准GB1589的新版发布，国内的重卡市场发生了很大的变化，其对 各类车型的总重限制，直接影响到了市场运营状况以及主机厂的产品开发模式。
BFDA | 6
研究表明，约75％的油耗与整车的重量有关，降低汽车重量就可有效
降低油耗及排放；对商用车的研究亦表明，汽车重量每减少1000kg，油 耗可降低6％～7％。
安全
提高运输效率，符合我国可持续发展要求： 汽车轻量化符合国家节能减排战略和中长期科技发展规划的要求； 我国原油对外依存度为60% 。
新能源汽车的发展需求 符合节能环保的长期可持续发展。
2 新材料、新工艺
高强度球铁的应用
VS
原重120Kg
材料ZG310-5703 屈服强度310，抗拉强度570
现重80Kg
材料QT800-5 屈服强度500，抗拉强度800
6X4牵引车，整车重量约降80kg
内高压成型的应用
通过内高压成型技术，减少钢管壁厚，增加压型，提升结构强度，结合铸铝底座，实现轻量化。
BFDA | 10
第三章 BFDA重卡轻量化技术研究及运用
• 结构优化 • 新材料、新工艺 • 功能集成优化 • 匹配优化 • 总结
BFDA | 11
1 结构优化
前桥镂空 结合CAE设计分析，对富余材料进行优化，达到材料高效利用。
单桥重量约降15kg
轮辋降重 通过轮辋结构及风孔结构优化，实现降重
重卡轻量化技术研究浅析
福田戴姆勒技术中心 2018年8月20日
目录
第一章 汽车轻量化意义 第二章 轻量化工作开展思路 第三章 BFDA重卡轻量化技术研究及运用
BFDA | 2
第一章 汽车轻量化意义
• 汽车轻量化作用和意义 • 政策、法规对重卡行业轻量化的影响
BFDA | 3
1 汽轻量化作用和意义
BFDA | 4
1 汽车轻量化作用和意义
以长途牵引车为例： 轻量化优势：重量降低200公斤，给客
户带来额外价值，提高产品竞争力 ， 可获得额外的200公斤载重量，每天按 800公里的行驶里程，满载率60%，一 年运行按照300天计算，运费按照目前 的市场价0.6元/吨/公里计算，那么，每 年可以给客户增加收入为： 0.20*800*60%*0.6*300=17280RMB； 5年多赚约8万元。
原状态46.6kg
现状态41.6kg
即将37kg
整车可降重约55Kg；
将来32kg BFDA | 12
1 结构优化
板簧结构优化
采用高性能原材料，保证承载同时结构优化，减少板簧片数实现降重
4+3状态
3片状态
5片状态
3+2状态 重量-15kg
2片状态 重量-30kg 以6X4牵引车为例，整车重量约降60kg
第二章 轻量化工作思路
• 轻量化设计手段 • 轻量化工作管理思路
BFDA | 7
1 轻量化设计手段
在不降低性能的前提下，通过结构的优化，先进的工艺及轻质的材料应用，同时兼顾性能， 质量及成本三大因素，达到最优轻量化目的，实现经济效益最大化。
BFDA | 8
2 轻量化工作管理思路
①梳理优化称重标准体系，建立重量核算基准 ②确定目标车型&建立轻量化目标 ③整车现状梳理，同时建立BOM理论重量数据库，IT实现系统更新 ④目标分解/拆解对标/新材料新工艺/供应商技术交流/外部培训 ⑤各系统提供方案及工作计划 ⑥项目汇总，形成整车分阶段轻量化结果，实时更新滚动管理
降低排放的有效途径：
世界汽车工业的发展临着三大问题
世界铝业协会数据：汽车自重每减少10%，排放降低5%-6%；
欧盟将实现CO2排放控制目标的基础确定为汽车的小型化和轻量化；
美国“新一代汽车共同开发计划”（PNGV）将汽车轻量化列为汽车 节能减排三大技术措施之一。
整车经济性提高的重要方法：
环保 节能
4片状态 重量-32kg
车轮护罩 通过造型优化，调整金属连接件结构，减少连接件数量进行产品轻量化。
整车重量约降27.26kg
BFDA | 13
1 结构优化
紧固件降重-螺栓结构优化
通过现代力学分析，采用非标准件设计，改变螺栓本身的结构，在力学性能不变的情况下，最大限度的减少重量；
通过头部厚度减小，整车可降重约7Kg；
以6X4牵引车整体护罩为例，整车可降重约10.18kg
BFDA | 15
2 新材料、新工艺
铝合金的应用
铝合金材料在强度、加工、重量以及防腐性能方面都有很多的优势，在汽车行业内已经得到广泛 应用，成为一种高端、轻量化及抗腐蚀的代表性材料。在一定范围内用来替换钢制结构件，可以 有效降低整车重量。
在北美市场上钢圈有65% 是铝制轮毂
紧固件降重-减少紧固件数量
通过头部和尾部打凹槽及头部形状的改变，整车可降重约7Kg；
多螺栓被连接件结构优化，来减少系统 螺栓使用数量；
利用计算分析手段，通过挂接零件安装螺栓来实现车架与辅 板的连接强度，从而减少车架自身螺栓数量，实现降重。
通过优化整车紧固件数量，整车可降重约50Kg；
BFDA | 14