機械結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計需在保證強度與剛度的前提下，通過材料創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工藝改進多路徑推進，尤其適用于對重量敏感的領(lǐng)域。某新能源汽車企業(yè)在設(shè)計電池包框架時，便通過多維度優(yōu)化實現(xiàn)輕量化目標。
材料方面，團隊放棄傳統(tǒng)鋼制框架，選用 6061 鋁合金，其密度僅為鋼的 1/3，而抗拉強度達 290MPa，滿足電池包承載要求。結(jié)構(gòu)優(yōu)化環(huán)節(jié)，采用拓撲優(yōu)化技術(shù)，通過有限元軟件模擬電池包在碰撞、振動工況下的應(yīng)力分布，去除框架上應(yīng)力小于 50MPa 的冗余材料，使框架結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)類似 “蜂巢” 的鏤空形態(tài)，材料用量減少 30%。同時，將原有的 “多部件焊接” 結(jié)構(gòu)改為一體化擠壓成型，減少焊接接頭數(shù)量，既提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，又降低加工成本。
另一案例中，某航空零部件企業(yè)針對飛機起落架連桿，采用 “鈦合金材料 + 空心結(jié)構(gòu)” 設(shè)計。通過熱擠壓工藝制成空心連桿，內(nèi)徑與外徑比控制在 0.6，在保證抗拉強度的同時，重量較實心連桿減輕 45%。值得注意的是，輕量化設(shè)計需同步驗證性能，如該企業(yè)通過 10 萬次疲勞測試，確認空心連桿在交變載荷下無裂紋產(chǎn)生，確保了結(jié)構(gòu)可靠性。
