1、研究的背景和意義

    所謂汽車(chē)輕量化，就是采用科學(xué)方法和手段對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在確保汽車(chē)綜合性能 指標(biāo)的前提下，通過(guò)使用新型材料，盡可能降低汽車(chē)產(chǎn)品自身重量，達(dá)到減重、降耗、環(huán)保、安 全的綜合目標(biāo)。

   研究表明，汽車(chē)所用燃料約 60%消耗于汽車(chē)自重，汽車(chē)的質(zhì)量每減輕 100 kg， 每公里的燃油消耗將減少 0.4 L～0.8 L，CO2 排放量也將減少。燃油效率提高，意味著降低汽車(chē) 的耗油量和排污量，改善人類(lèi)生存環(huán)境。同時(shí)汽車(chē)輕量化也提高了車(chē)輛性能，在同樣的輸出功率 下，較輕的車(chē)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)就是較輕的負(fù)載，汽車(chē)的操控穩(wěn)定性也有所提高。所以減少汽車(chē)車(chē) 體重量對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功耗和減少汽車(chē)總重量具有雙重的效應(yīng)。

   國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車(chē)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，特別是軸荷和總質(zhì)量的限制。對(duì)于油罐車(chē) 罐車(chē)而言， 罐車(chē) 罐體自重占整車(chē)重量比例較大， 減輕罐體的重量已成為企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。 由于鋁的比重約為鋼的 鋁 1/3，鋁合金被公認(rèn)是汽車(chē)輕量化的理想材料。近年來(lái)，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，使用鋁合金 鋁合金 鋁合金制作的液 罐車(chē)已非常普遍。而在我國(guó)通常使用鋼板制作罐體。由于鋼罐體自重很大，無(wú)形中加大了燃油的 罐車(chē) 消耗，使得運(yùn)輸成本大大提高。鋁合金除了重量輕之外，它還具有優(yōu)良的抗腐蝕性。與同樣用鋼 鋁合金 做成的部件相比，用鋁及鋁合金 鋁 鋁合金制成的部件再利用價(jià)值更高。95%的鋁合金 鋁合金都能實(shí)現(xiàn)再利用。如 果使用鋁合金制作油罐車(chē) 鋁合金 罐車(chē)的罐體，可大大降低車(chē)輛的自重，節(jié)約燃油，減少能源的浪費(fèi)。

2、 實(shí)現(xiàn)油罐車(chē)

   罐車(chē)罐體輕量化的途徑 罐車(chē) 實(shí)現(xiàn)油罐車(chē) 罐車(chē)罐體輕量化的途徑一般有兩種：一是從結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)入手，通過(guò)有限元法和優(yōu)化設(shè) 罐車(chē) 計(jì)法對(duì)現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)罐體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在保證承載能力和可靠性的前提下減輕其質(zhì) 量；二是從材料入手，通過(guò)采用輕材料或現(xiàn)代復(fù)合材料等低密度材料替代現(xiàn)有的鋼材料，達(dá)到罐 體輕量化的目的。

2.1 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    現(xiàn)代汽車(chē)制造工業(yè)中， CAD/CAE/CAM 技術(shù)涵蓋了汽車(chē)設(shè)計(jì)和制造的各個(gè)環(huán)節(jié)。 運(yùn)用該技術(shù) 可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)車(chē)身的結(jié)構(gòu)和布局設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)零部件的整體化和輕質(zhì)化， 實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化 設(shè)計(jì)、 制造。 近幾年來(lái)， 我國(guó)在壓力容器新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中已成功地應(yīng)用了 ANSYS 有限元分析軟件。 實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常有三種方法：一是通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小車(chē)身骨架、車(chē) 身鋼板的質(zhì)量， 優(yōu)化后對(duì)車(chē)身強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核， 確保汽車(chē)在滿(mǎn)足性能要求的前提下降低自重； 二是通過(guò)結(jié)構(gòu)的小型化， 促進(jìn)汽車(chē)輕量化， 主要通過(guò)其主要功能部件在同等使用性能不變的情況 下，縮小結(jié)構(gòu)尺寸；三是采取運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)方式的變化來(lái)達(dá)到目的，如采取發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng)等 使結(jié)構(gòu)更緊湊，采取發(fā)動(dòng)機(jī)后置、后輪驅(qū)動(dòng)使整車(chē)或局部結(jié)構(gòu)變小。

2、 輕質(zhì)材料

    目前國(guó)內(nèi)外汽車(chē)應(yīng)用較多的輕質(zhì)材料有鋁合金、鎂合金 鋁合金 合金、高強(qiáng)度鋼、塑料及復(fù)合材料等。 合金 研發(fā)輕質(zhì)高強(qiáng)度汽車(chē)用鋼材，已經(jīng)成為降低汽車(chē)車(chē)身自重，減少汽車(chē)耗能和尾氣排放有效的 根本性控制方式。

    鋁是最早用于汽車(chē)制造的輕質(zhì)金屬材料，也是結(jié)構(gòu)材料中最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用、最具競(jìng)爭(zhēng)力的汽車(chē) 用輕金屬材料。從生產(chǎn)成本、零件質(zhì)量、材料利用率等方面，鋁合金 鋁合金具有多種優(yōu)勢(shì)，如密度較小， 用其替代傳統(tǒng)鋼鐵，可減小整車(chē)重量的 30%～40%?；厥章矢?，僅次于鋼鐵，目前可達(dá) 87%，符合 環(huán)保要求。它還具有優(yōu)良的抗腐蝕性、壓力加工和鑄造加工性，也為專(zhuān)用汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)所認(rèn)可。

    綜上所述，采用輕質(zhì)材料輕量化的效果明顯，減重幅度較大，但具有研發(fā)成本高，工藝復(fù)雜 等缺點(diǎn)；而采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成本低、容易實(shí)現(xiàn)，但輕量化的效果一般不顯著。

3、應(yīng)用實(shí)例

   我公司合作開(kāi)發(fā)出新油罐車(chē) 罐車(chē)，通過(guò)對(duì)油罐車(chē) 罐車(chē)的罐體選用鋁合金 罐車(chē) 罐車(chē) 鋁合金輕質(zhì)材料，使用 ANSYS 軟件進(jìn)行分析，滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求。在罐體產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)中，主要考慮二方面：罐體外殼能承受一定外壓，通過(guò)調(diào)整加強(qiáng)圈的數(shù)量和尺寸，減小壁厚；容器的設(shè)計(jì)，在防波板的結(jié) 構(gòu)、安裝的位置及改變材料等方面進(jìn)行優(yōu)化。 該車(chē)達(dá)到的主要性能指標(biāo)： 合金油罐車(chē) 鋁合金罐車(chē) 罐車(chē)在能實(shí)現(xiàn)輕量化的基礎(chǔ)上， 油罐的防腐性能與不銹鋼罐相當(dāng)，罐身的強(qiáng)度在優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上滿(mǎn)足要求。通過(guò)可靠性道路試驗(yàn)和罐體密封性試驗(yàn)。

    罐車(chē)，應(yīng)用鋁合金 鋁合金油罐車(chē) 合金 罐車(chē) 鋁合金來(lái)制作罐體，不僅大大減輕整車(chē)質(zhì)量，原來(lái)采用鋼制作的罐體重量 為 8 850 kg，現(xiàn)在用鋁合金制作的罐體只有 7 570 kg。這樣每行駛百公里可節(jié)約燃油 4 L 以上。

    鋁合金 在提高汽車(chē)動(dòng)力性的同時(shí)，污染物排放比原來(lái)減少 10%以上。該技術(shù)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，與歐美國(guó)家技術(shù)持平。

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