清华大学提出能量流轻量化设计方案

1.概述

轻量化设计的目的是：①节约材料；②通过减少使用材料，减轻产品的重量，使之在运动过程中节能、高速和安全。对于一些有运动部件的产品，可以通过轻量化设计降低运动部件的重量，实现产品使用过程中的节能。例如，减轻汽车的重量，可以提高燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性和操控性等，还可以减少废气排放量和噪声污染。研究表明，若汽车整车重量降低10%，则燃油效率可以提高6%～8%。

奥迪汽车应用LCA指导汽车的轻量化设计，通过对比前后代车型证明：一方面，新轿车模型在所有环境表现方面均优于其前身；另一方面，尽管轻量化设计需要消耗更多的能源，但是可以迅速由其使用阶段的环境节约量抵消。[52]

2.汽车轻量化技术案例

以我国自主品牌汽车为例，轿车的自载质量比发达国家同类轿车平均重8%～10%，商用车平均重10%～15%；载质量为40t的牵引车，Volvo FE的整备质量为7.69吨，而我国同类车型整备质量为9.95t，其整备质量超过Volvo FE整备质量20%。又如，同等起重吨位的国产起重设备的总重量比德国同类产品高出40%以上。^[76]

（1）案例1：SUV轻量化

清华大学针对陆风X6、X8提出了基于能量流的耗能产品节能节材设计方法：在车体空间增大的情况下，X8SUV车身质量控制在380kg（比X6SUV减少25kg），可以降低油耗2%，碰撞安全性达到了C-NCAP四星级要求。(www.xing528.com)

（2）案例2：卡车轻量化[77]

卡车的轻量化是一个繁冗复杂的系统工程，其涉及整车、发动机和悬架等各个领域，甚至包括新材料及新技术的应用。可以采用高强度合金车架、橡胶悬架和铝合金外壳变速器等新技术及新材料实现卡车的轻量化。

（3）案例3：飞机轻量化

目前在飞机制造中越来越多地采用轻型复合材料，以便提高效率、降低油耗。例如，波音787的复合材料的重量比例达到50%，可以提高燃油效率20%。复合材料具有多种优势，重量轻是其最显著的优势，与常规材料相比可以使飞机总重量减少15%～30%。

（4）案例4：集装箱轻量化^[78]

中集开发出了轻型集装箱，减轻了产品自重，节约了大量材料。其中，高强度轻型干货集装箱在保证强度要求的基础上，自重减轻5%，材料节约5%，有利于客户节约能源和提高货物装载量。在50m³的液体储罐设计中，采用不锈钢强化技术可以减少30%的不锈钢板材使用量。