汽车车架轻量化设计的新思路

gxlzss

汽车车架是车辆支承连结各种零部件的基体，在使用条件下，车架的主要受力件纵梁在自重及载荷的作用下会发生变形呈下挠趋势，对轴距较长的车架或承受载荷较大时纵梁下挠弯曲变形尤为明显，因此，具有足够的强度和弯曲刚度是对车架纵梁的基本要求。为提高车架纵梁的强度和弯曲刚度，通常的解决办法是增加纵梁截面的抗弯模量或采用更好的材料，即提高所用材料的强度、增大纵梁截面的面积或尺寸，但这无疑会增加车辆的成本、重量或占用较多空间，因而这些方法有其局限性。
其实，使用状态下的车架纵梁与大多数桥梁一样可近似为简支梁，工况也类似（交变载荷），为提高桥梁的刚度和承载力，从前的桥梁设计也是采用增加梁截面的抗弯模量或改换材料的办法，自从预应力技术应用于桥梁结构设计后，桥梁结构明显轻量化；简单的说，预应力技术就是利用预应力筋来承受梁中最易发生破坏的受拉部位的负荷，尽可能的利用梁中各部分构成材料的性能。本文只准备通过对一组槽型梁（梁A、梁B、梁C）在施加预应力前后在不同荷载下的挠度进行对比来说明槽型梁施加预应力前后的效果，与对车架轻量化感兴趣的朋友交流交流。
（举例详细过程见附件）
从举例计算结果可看出：梁B与梁A虽然具有相同的横截面积，但梁B在相同荷载下下挠变形比梁A小，且梁B内的应力幅也较小；而梁C尽管与梁A承受同等的载荷，但横截面积比梁A减少了27.8％，且梁C承载后的下挠变形依然小于梁A。这是由于在拉索张力作用下使梁B和梁C内产生的预应力抵消了部分因受载而产生的应力，从而减小了梁的变形，以及梁B和梁C在预应力作用下产生的反拱补偿了部分承载后的下挠变形的缘故。
通过上述槽型梁在施加预应力前后在不同荷载下的对比说明：对槽型梁施加适当的预应力可获得以下几个效果：
1.        可有效减小槽型梁的下挠变形，有利于提高槽型梁的刚度和承载能力；
2.        可有效降低槽型梁内的应力幅，有利于提高槽型梁的抗疲劳性能；
3.        对于承受同等的载荷，槽型梁可以采用更小的构件截面从而可减轻结构自重，有利于节能降耗。

yixuanzhan

这个设计的最大问题是，如何确保批量生产，作为桥梁设计，那是单个项目，而且受到地域的限制，几乎没有两个完全相同的桥梁，因此，每个桥都需要重新算过，而汽车设计中，较多的使用类比方法，并且确定了某一产品后，要进行大量的生产，而桥梁的预应力计算应用于汽车上时，不可能每个车都作一便，而单个产品的应力受装配条件的影响，是不一样的，只能假设每台车时一样的，而假设与实际会有偏差，这种方法明显不适用于批量生产使用。

多彩胡须

车架主要还是要做CAE分析吧，在保证强度的情况下，尽可能少的使用材料吧。谢谢楼主

autopig

作为思路还是不错的,什么都要探索,才有进步,而且作者对受力的分析也是在类比的条件下做出的,比如交变应力就是很接近汽车的.但是最大的差别在于汽车的冲击应力很大,和桥梁不同.

天下一发

学习学习，还有关于车架制造工艺的吗

wp0903

如果要做轻量化设计的话，就是优化设计了，以质量为设计的目标函数，再看你使用什么样的方法了，这是理论上的东西了。

wjian

还是应该从CAE分析入手,结合试验进行.

天下一发

CAE现在应用很普遍

麦田1

不错，一个新的思路

ddhlwj

现在都是全承载式的了。车架面临着淘汰。

yzh198796

学习学习，顶一个

zhangyinjie

现在新兴轿车也在慢慢应用承载式车身了

491918937

回复 ddhlwj 的帖子

是有逐渐减少的趋势，但是要是说越野性能，还是这个带大车架车耐操。