实壁体与壳体：用于商用车框架结构与飞机机身的轻量化设计

通常对于大的结构（如商用车车身或者车厢）来说，只具备单一功能是不够的，往往还要求在承载性能上有进一步的差异（刚度、固有频率）。

图4-6以飞机机身的不同研发阶段为例，可得出几个原理性的系统解决方案[SCH 58]。类似的开发方法也用于舰船制造或机车车厢制造中。其目标是达成在成本合理、重量最小化下的功能折中。

图4-5 用于商用车框架

结构与车身段桁梁的复合构造

图4-6 飞机机身图示

a）桁架结构，整流罩不承受载荷 b）实壁体，整流罩主要承受切向力 c）板壳体，整流罩承受法向力和切向力(www.xing528.com)

早期的设计方案采用桁架结构。在此方案中，支承结构和整流罩完成各自的功能。桁架结构是力导向的，而板的表面则不受力。这种结构的优缺点都很明显。即使是在今天，这种结构也在商用车（小型载货汽车、客车）或者小批量生产的电动车中得到了更多的应用，如图4-7所示。

在之后的设计开发中，开始采用实壁体构造方式。在这种结构中，支承部件和整流罩相互连接起来。实壁体的构造来源于板壁和实心单弦杆的设计结构。在此结构中，支承部件被加以分解，板主要承受剪流（来自剪切力），弦杆则承受结构弯曲造成的单一力。

图4-7 由挤压型材与内高压成型型材组成的 电动车铝合金空间框架结构

相比之下，壳体的设计更加轻盈。壳体构造中所采用的肋条和骨架由薄壁型材制成，可以将受力连续分布在整个结构上。型材承受剪流和法向力流（参看第9章），并将其传递到板整流罩上。为了确保这一点，力的导入与导出设计往往特别重要。

实际中，由于壳体构造（见汽车车身）的模具成本非常高，只有在大批量生产的情况下，采用壳体构造方案才是经济的。在汽车工业中，大批量生产的车型采用壳体构造，而小批量生产的车型采用空间框架构造。

[1]按照欧盟旧车法规，从2006年1月1日起，整车不低于85%的重量必须是可以回收利用的；从2015年起这一比例上升到95%。从2005年起，汽车设计必须确保材料可以分离。