在空气质量不断下降的今天,“低碳环保,绿色出行”已经变得越来越重要了。众所周知,载重汽车是空气污染物的主要排放者之一,因此在改善环境的措施中必然包括改善载重汽车性能的举措。一般来说,能有效降低汽车污染物排放量的方法有两种:一种是提升发动机的工作性能以使其燃料的燃烧更加充分,但处理的难度较大且不易见效;另一个重要的途径就是降低整车质量,这是一个可行性高且操作相对简单的办法。实际上当汽车的质量减轻以后,其有效载重量、操作稳定性、燃油经济性、安全性等都会相应的提高,可以说有一举多得的益处。而对卡车而言车架是质量比重最大的总成,所以车架的轻量化设计能有效降低卡车的总质量。在车架的轻量化设计领域目前应用较多的是“逆向设计法”,即先分析原车架的刚度或强度性能,然后根据分析结果确定其可优化的空间进而去掉多余的质量。该方法有明显的缺陷:设计效率不高并且无法用于开发新的轻量化产品。拓扑优化是能针对产品的使用要求快速设计出零件结构的方法,并能用于新产品的轻量化概念设计阶段,但模型较大时直接拓扑计算的结果通常比较混乱,因此应先根据使用要求把拓扑空间分隔成几个小的区域以尽快确定新结构的布局形式,然后再使用尺寸优化则能得到最终的尺寸参数。拓扑优化方法是针对连续体结构的受力情况提出的,但它对离散体单元的受力问题依然适用。车架上梁与连接板之间主要使用螺栓来连接彼此,其中受力较大的区域应安装高强度螺栓以使车架的整体受力趋于平衡但其安装位置一般难以确定。所以本文在卡车的典型工况下先使用拓扑算法确定了高强度螺栓的安装位置然后说明了确定螺栓类型的计算方法以使这类问题的处理更加简单通用。需要指出的是,车架主要用于承载并连接各类零件以使卡车具备完整的使用功能,所以轻量化设计并不是无原则的减轻质量,而是在满足卡车使用要求的前提下质量最轻,因此本文在车架减重设计后还安排了典型工况及局部特定工况下的性能分析以及实车试验验证两部分内容以确定新车架能够满足使用要求。