機械結構輕量化設計需在保證強度與剛度的前提下，通過材料創新、結構優化、工藝改進多路徑推進，尤其適用于對重量敏感的領域。某新能源汽車企業在設計電池包框架時，便通過多維度優化實現輕量化目標。
材料方面，團隊放棄傳統鋼制框架，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。結構優化環節，采用拓撲優化技術，通過有限元軟件模擬電池包在碰撞、振動工況下的應力分布，去除框架上應力小于 50MPa 的冗余材料，使框架結構呈現類似 “蜂巢” 的鏤空形態，材料用量減少 30%。同時，將原有的 “多部件焊接” 結構改為一體化擠壓成型，減少焊接接頭數量，既提升結構穩定性，又降低加工成本。
另一案例中，某航空零部件企業針對飛機起落架連桿，采用 “鈦合金材料 + 空心結構” 設計。通過熱擠壓工藝制成空心連桿，內徑與外徑比控制在 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，輕量化設計需同步驗證性能，如該企業通過 10 萬次疲勞測試，確認空心連桿在交變載荷下無裂紋產生，確保了結構可靠性。