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應(yīng)用多材料結(jié)構(gòu)概念發(fā)掘客車的輕量化潛力

典型的客車殼體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量超過(guò)車身總質(zhì)量的40%，說(shuō)明其本身具有巨大的減重潛力。另一方面，殼體結(jié)構(gòu)的車身基本骨架提供了足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足彎曲扭轉(zhuǎn)剛度和被動(dòng)安全性的要求。

一種常見(jiàn)的輕量化方式是用屈服強(qiáng)度較高的材料完全代替現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)材料，來(lái)盡可能地減小截面厚度。另一種輕量化方式是在特定的區(qū)域選擇性地用高強(qiáng)鋼取代傳統(tǒng)鋼材。第1種輕量化方式僅使用單一材料，在采購(gòu)和制造方面有一定的優(yōu)勢(shì)，但從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，這并不是最優(yōu)的方案，也會(huì)使成本增加。本研究通過(guò)將多材料結(jié)構(gòu)概念應(yīng)用到一種現(xiàn)有的8m城市客車來(lái)研究其設(shè)計(jì)內(nèi)涵和長(zhǎng)期效益，客車采用了第2種輕量化方式。

本研究對(duì)多材料結(jié)構(gòu)概念在減輕客車空載質(zhì)量、提高安全性和運(yùn)營(yíng)效率方面的作用進(jìn)行了探討，評(píng)估了客車的多材料結(jié)構(gòu)概念，并從設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、材料選擇、高強(qiáng)度材料組件選擇、側(cè)翻有限元模擬、減輕質(zhì)量、節(jié)約成本等6個(gè)方面討論了多材料公共汽車的輕量化優(yōu)化策略。虛擬仿真結(jié)果表明，在不影響強(qiáng)度和剛度前提下，多材料結(jié)構(gòu)概念能給客車帶來(lái)顯著的輕量化效果。最后，運(yùn)用壽命周期成本法，從節(jié)省燃油角度證明了這種輕量化方式的有效性。

Anil Kumar Cherukuri et al. SAE 2014-01-2453.

編譯：黃河