近年来，空气污染现象日益严重。汽车尾气成为影响空气治理的重要因素之一，如何在汽车领域上实现节能减排成为汽车发展的一大方向。汽车的轻量化是减少汽车排放和燃油消耗的重要手段之一^[1]，轻量化意味着在满足车辆的强度、刚度、工作性能及工艺方面等因素要求的同时，应尽可能减轻它们的质量和降低制造成本。车辆的轻量化设计能降低行驶阻力，提高汽车的动力性和燃油经济性^[2]。据统计，重量每减少10%，能使汽车油耗、排放分别减少7%、4%^[3][4]。货车车架是货车的基体，通常由两根纵梁和几根横梁组成。车架通过前桥、后桥、悬挂装置支承在车轮上，有足够的刚度以及强度来承受汽车载荷和车轮传递的冲击^[5]。

本文以某货车的车架为研究对象，对车架进行轻量化研究和设计，以提高货车的动力性能和燃油经济性，减少排放和整车成本^[6]。在轻量化的前提下，提升车辆的结构安全性，减少事故发生的几率，保护人身及财产安全。在对新车架的研究开发中考虑轻量化，也有利于减少二次开发成本，缩短开发周期，使汽车领域得到发展^[7][8]。

在国外，汽车的轻量化技术起源于20世纪80年代，在几十年的快速发展后，现今已形成较为全面的体系。轻量化主要分为了新材料的运用和结构优化两个方向。在材料方面，主要是高强度钢、铝合金、复合材料的发展和应用。1994年国际钢铁协会委托Porche公司，使用超轻钢材进行的轿车车身轻量化，使汽车减重了25%^[9]。2000年本田公司创新地将AFS技术和单体车身完美结合，研发出一种全铝车身，取得了质量减少47%成果。2002年美国通用公司采用复合材料制造出全复合型车身，相对钢结构减重达60%^[10]。在结构优化方面，主要是利用数学理论和计算机技术，对汽车的结构进行尺寸、拓扑、仿真等优化。1991年Matsumoto就已采用尺寸优化手段对小型车的车架进行了轻量化优化^[11]。美国的Altair公司在城市公交车上采用拓扑优化，使车辆质量减少了30%，乘员空间增加了19%，但生产成本却减少了大约40%^[12]。随着计算机技术等的发展，这些结构优化技术已经变得越来越成熟。

国内的轻量化技术的研究虽然起步较晚，水平也较为落后。但是随着国内汽车工业的快速发展，轻量化技术在汽车领域的应用也逐渐推广开来，主要研究方向在于运用有限元软件对汽车结构进行优化和设计^[13]。2006年安徽江淮汽车公司以半承载式客车为样车，建立车身拓扑优化模型，对车身弯曲刚度和扭转刚度进行综合考虑，进行拓扑优化设计，并对优化后的车身结构进行分析，最终使车身质量减少了14.6%，取得了较好的轻量化效果^[14]。2011年华南理工大学和浙江吉利汽车研究所共同研究了在使车身模态、刚度和碰撞安全等多项性能得到满足的前提下，对汽车车身结构多目标优化的轻量化方法。这种优化方法提高了整车的碰撞安全性，在使白车身扭转刚度得到控制的同时，实现了白车身零件的轻量化^[15]。2014年吉林大学在结合吉林省科技发展计划重大项目中，对轿车前副车架进行结构有限元分析和结构优化，在其他各评价指标没有明显下降的同时，使副车架减重了约15%，实现了结构轻量化的目的，验证了结构参数化轻量化优化设计方法的科学性与可行性^[16]。目前对轿车和客车骨架应用有限元法进行静力分析和模态分析，并在这个基础上对结构进行优化已成为常用的手段方法。但对于一些产量不高的重型车或专用车，有限元技术还没有广泛应用。对于车架占据绝大部分质量的专用车辆来说，减少车架质量将为车辆轻量化提供巨大的潜力空间。因此，本文将采用有限元法，对重型专用车进行分析、优化和设计，不仅解决企业生产中的实际问题，而且也有较高的应用价值。

2. 研究的基本内容与方案

1. 车架建模：先在CATIA中建立其三维几何模型，在此基础上利用ABAQUS建立其有限元模型及边界条件

2. 车架静态与动态分析：根据实际车架受力情况对车架进行加载,分析各工况下车架的静态强度和刚度；通过对车架进行模态分析，研究频率对车架的影响。

3. 车架的优化设计：在满足强度和强度的同时，优化车架的的及结构，实

   现车架的轻量化。

1. 朱晓鹏，张纪鹏，程联军，等.基于 ANSYSWorkbench 的某轻型货车车架轻量化设计［J］.青岛大学学报， 2014( 3) :70-76．

2. 余志生.汽车理论 第五版[M].机械工业出版社,2009.

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