孙 斌， 吴长风， 叶松奎， 陈诗颖， 程梓豪， 王文甲

(厦门金龙联合汽车工业有限公司， 新能源客车电控与安全技术国家地方联合工程实验室， 福建 厦门 361023)

采用纯钢材薄壁梁矩管的客车骨架结构刚强度高、承载能力好，但却存在骨架较重、无法轻量化等弊端。采用纯铝合金型材薄壁梁的客车骨架结构轻量化效果明显，但却存在骨架刚强度低、安全系数不高等缺点。而钢铝混合骨架有效结合了二者的优点，使得力学性能良好的同时实现了轻量化效果[1-3]。

本文通过有限元仿真选出“X”型铝合金截面，并结合灵敏度分析进行客车骨架的尺寸优化设计和对比分析。

1 确定铝合金型材截面

大量研究资料表明，简单使用铝合金矩形薄壁梁替代钢材矩形薄壁梁，要想达到相同的刚度值，前者厚度大约为后者厚度的3倍[4-5]，而铝合金材料的密度却只有钢材的1/3。因此，在保证刚度值等力学性能不变的前提下，简单将矩形薄壁梁用铝合金材料替换钢质材料是无法实现轻量化效果的。考虑到铝合金可以挤压成型，相比于钢材可以对铝合金梁件截面进行不同设计，从而在相同截面厚度时能提高其力学性能[6-8]。本文结合焊接工艺和制造难度等因素提出“日”、“田”和“X”等3种字型的铝合金截面，通过有限元仿真选出最佳截面。

1.1 弯曲工况有限元仿真

分别建立长宽高为400 mm×160 mm×120 mm的钢材矩形薄壁梁与3种不同截面的铝合金矩形薄壁梁，赋予它们的厚度均为1 mm。给定所有模型的边界条件均为薄壁梁的一端进行完全约束；……