1、研究的背景和意義

    所謂汽車輕量化，就是采用科學(xué)方法和手段對汽車產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在確保汽車綜合性能 指標(biāo)的前提下，通過使用新型材料，盡可能降低汽車產(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，汽車所用燃料約 60%消耗于汽車自重，汽車的質(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 的耗油量和排污量，改善人類生存環(huán)境。同時汽車輕量化也提高了車輛性能，在同樣的輸出功率 下，較輕的車對于發(fā)動機來說就是較輕的負(fù)載，汽車的操控穩(wěn)定性也有所提高。所以減少汽車車 體重量對降低發(fā)動機的功耗和減少汽車總重量具有雙重的效應(yīng)。

   國家標(biāo)準(zhǔn)對汽車的設(shè)計進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，特別是軸荷和總質(zhì)量的限制。對于油罐車 罐車而言， 罐車 罐體自重占整車重量比例較大， 減輕罐體的重量已成為企業(yè)關(guān)注的焦點。 由于鋁的比重約為鋼的 鋁 1/3，鋁合金被公認(rèn)是汽車輕量化的理想材料。近年來，在歐美發(fā)達(dá)國家，使用鋁合金 鋁合金 鋁合金制作的液 罐車已非常普遍。而在我國通常使用鋼板制作罐體。由于鋼罐體自重很大，無形中加大了燃油的 罐車 消耗，使得運輸成本大大提高。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值更高。95%的鋁合金 鋁合金都能實現(xiàn)再利用。如 果使用鋁合金制作油罐車 鋁合金 罐車的罐體，可大大降低車輛的自重，節(jié)約燃油，減少能源的浪費。

2、 實現(xiàn)油罐車

   罐車罐體輕量化的途徑 罐車 實現(xiàn)油罐車 罐車罐體輕量化的途徑一般有兩種：一是從結(jié)構(gòu)的設(shè)計入手，通過有限元法和優(yōu)化設(shè) 罐車 計法對現(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

    現(xiàn)代汽車制造工業(yè)中， CAD/CAE/CAM 技術(shù)涵蓋了汽車設(shè)計和制造的各個環(huán)節(jié)。 運用該技術(shù) 可以準(zhǔn)確實現(xiàn)車身的結(jié)構(gòu)和布局設(shè)計， 實現(xiàn)對汽車零部件的整體化和輕質(zhì)化， 實現(xiàn)汽車的輕量化 設(shè)計、 制造。 近幾年來， 我國在壓力容器新產(chǎn)品的開發(fā)中已成功地應(yīng)用了 ANSYS 有限元分析軟件。 實現(xiàn)汽車輕量化合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計常有三種方法：一是通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，減小車身骨架、車 身鋼板的質(zhì)量， 優(yōu)化后對車身強度和剛度進(jìn)行校核， 確保汽車在滿足性能要求的前提下降低自重； 二是通過結(jié)構(gòu)的小型化， 促進(jìn)汽車輕量化， 主要通過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；三是采取運動結(jié)構(gòu)方式的變化來達(dá)到目的，如采取發(fā)動機前置、前輪驅(qū)動等 使結(jié)構(gòu)更緊湊，采取發(fā)動機后置、后輪驅(qū)動使整車或局部結(jié)構(gòu)變小。

2、 輕質(zhì)材料

    目前國內(nèi)外汽車應(yīng)用較多的輕質(zhì)材料有鋁合金、鎂合金 鋁合金 合金、高強度鋼、塑料及復(fù)合材料等。 合金 研發(fā)輕質(zhì)高強度汽車用鋼材，已經(jīng)成為降低汽車車身自重，減少汽車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)實用、最具競爭力的汽車 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，如密度較小， 用其替代傳統(tǒng)鋼鐵，可減小整車重量的 30%～40%。回收率高，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，也為專用汽車生產(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；而采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，成本低、容易實現(xiàn)，但輕量化的效果一般不顯著。

3、應(yīng)用實例

   我公司合作開發(fā)出新油罐車 罐車，通過對油罐車 罐車的罐體選用鋁合金 罐車 罐車 鋁合金輕質(zhì)材料，使用 ANSYS 軟件進(jìn)行分析，滿足強度和剛度要求。在罐體產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)開發(fā)中，主要考慮二方面：罐體外殼能承受一定外壓，通過調(diào)整加強圈的數(shù)量和尺寸，減小壁厚；容器的設(shè)計，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。 該車達(dá)到的主要性能指標(biāo)： 合金油罐車 鋁合金罐車 罐車在能實現(xiàn)輕量化的基礎(chǔ)上， 油罐的防腐性能與不銹鋼罐相當(dāng)，罐身的強度在優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上滿足要求。通過可靠性道路試驗和罐體密封性試驗。

    罐車，應(yīng)用鋁合金 鋁合金油罐車 合金 罐車 鋁合金來制作罐體，不僅大大減輕整車質(zhì)量，原來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 在提高汽車動力性的同時，污染物排放比原來減少 10%以上。該技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先，與歐美國家技術(shù)持平。

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