一种新型半挂液罐车的轻量化设计与性能优化(2)
1.2 背景和意义
汽车轻量化[1]，可以简单概括为在所要求的性能指标下，对已有的车辆进行科学分析，为了达到减轻自重，从而减少能耗的目标，我们可以采用新的材料作为罐体材料。有报道显示，汽车自重所带来的燃油消耗约占总燃油消耗的优尔成，因此减少汽车自重对于能源消耗和二氧化碳的排放有很好的限制作用。燃油利用率增大，可以降低能源消耗和废气的排出，对生态环境的保护有积极作用。与此同时汽车自重减少也使得汽车的安全性和操控性大大提升。由此可见汽车轻量化对于能源消耗和汽车本身性能方面都具有积极影响。
对于汽车的载荷和车身质量国家有明确的规定，给予相关指标供参考限制。液罐车的罐体重量相对于总体质量比例很大，液罐车罐体的轻量化也因此受到相关企业和科研单位的重视。因为铝的比重约为钢的三分之一。现有材料中，铝合金因其密度小且有良好的力学性能而成为罐体材料的理想选择。铝合金罐体在西方国家已得到广泛应用。国内目前仍以钢制罐体为主。钢制罐体导致车身自重较大，产生了能源浪费、成本升高等一系列问题。
因此节能、环保已经成为汽车工业未来发展方向的指路牌。本文就是在这样的前提下对新型液罐车罐体进行轻量化设计，以达到节能、环保、提高运输效率等目的。
（1）对于企业，车辆自重减少能节能减排，减少相关开支，取得最大利益。
（2）对于社会，车辆自重减少使尾气排放、能源消耗减小，对于可持续发展和环境保护有着重要影响。
因此，从经济和社会两个角度来考量，液罐车罐体轻量化设计的研究都含有极其重要的现实意义。
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
国外在液罐车罐体轻量化研究方面起步较早。在液罐车罐体轻量化方面[2]，国外在1960年就已着手研究。计算机科学和相关力学分析软件的发展也给我们研究复杂结构问题提供了很大的便利。表1.1的内容部分反映了近年来国外在轻量化方面取得的相关成果。
表1.1 汽车轻量化各项目目标和主要成果表
项目名称 相关信息 目标 主要成果
ULSAB 1.1994年7月开始；
2.35家钢厂参加；
3.投入2200万美元； 1.以2000年的需求为目标；2.不降低车体安全与舒适；3.减轻质量20% 1.车身结构比同类车减重25%；2.车身抗扭和抗弯强度较同类车分别提高80%和52%;3.车身造价比同类车降低15%;4.90%以上采用高强度钢板；
ULSAC 1.1997年5月开始；
2.33家钢厂参加；
3.投入880万美元； 1.以2000年需求为目标；
2.减轻质量21%~32%; 1.比同类车减重32%；2.用高强度钢制造车门外板;3.采用了无框架车门结构;
ULSAS 1.1997年5月开始；
2.34家钢厂参加；
3.投入200万美元； 1.以2000年需求为目标；
2.减轻质量20%； 1.比同类车减重30%；2.制造成本比同类车低20%;3.成本低于铝材结构30%
1.3.2 国内研究现状
中国在此方面起步较晚[3]，我国的汽车工业共经历了四十余年的发展，其中最近三十年发展迅速，已经达到了较高的水准，成为我国工业的重要组成成分。我国汽车工业从60年代初期开始起步于军用改装汽车。液罐车在我国的工业化发展道路上有着十分重要的地位，为我国的经济发展做出了重要贡献。油罐车和轿车比起来，因为油罐车种类上有很多，受到规模的影响，在规模化发展上存在着缺陷，使得油罐车在生产中对于类比计算和经验丰富的技术人员有很大依赖性，制约了液罐车的发展步伐。
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