汽车轻量化是国家和汽车企业的主要发展战略，已经上升为国家战略重点 支持项目，规模应用复合材料实现减重是企业重要战略之一，在保证汽车的强 度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的空车重量，从而提高汽车的动力 性，可减少燃料消耗，降低排气污染。统计显示，汽车一般部件重量每减轻 1%， 可节油 1%；运动部件每减轻 1%，可节油 2%。国外汽车自身质量同过去相比， 已减轻 20%—26%。预计在未来的 10 年内，轿车自身的重量还将继续减轻 20%。 而纤维复合材料等轻量化材料的开发与应用，在汽车的轻量化过程中发挥着重 大作用。

通常达到机械轻量化的主要途径有两种：一是改进机械本身使用的材料，二是采用先进设计手段，使机械结构更加合理。采用新型材料由于制造成本、加工工艺、环保等方面的问题，新材料很难用于一般机械上，而通过结构优化在保证满足性能要求的前提下，实现轻量化却更具有实际意义。

纤维缠绕复合材料压力容器（COPVs）由于其具备轻质高强和先漏后爆（LBB）等特性，在航空航天、石油化工以及移动汽车等领域已经得到了应用，但由于现有制备工艺复杂、成本高，特别是承压能力不足的特点，限制了其大规模推广应用。

进入“十四五”以来，我国军费稳定增长及加强实战化训练大背景下，航空航天军工产业必将放量增长，军工各产业链迎来了红利期，行业景气度持续上升，行业将迎来需求放量的黄金发展期，金属蜂窝及其制品的应用场合多为航空航天军工等国家战略产业，关系到国家安全和高科技发展的大局，产品属于多属于高精尖特产品，附加值高，在军民领域有较大的应用前景，市场处于爆发的前夜。金属蜂窝产品具有最优的结构重量比，具有超轻、高强、隔音、隔热、耐疲劳等优异特性。在航空发动机蜂窝封严、飞机机翼、导弹舵翼、卫星、装甲车辆电磁屏蔽等军用领域拥有重要应用，且在民用领域，如汽车、核电、高铁、建筑、家居等领域拥有广泛的应用前景。本项目成果为金属焊接蜂窝轻量化制备技术及其应用。 本项目核心技术包括蜂窝芯体制备方法与工艺、蜂窝芯体空间曲面自适应加工、飞行器空间曲面蒙皮热成型、复杂空间曲面结构真空钎焊、蜂窝封严自动化装备、电磁屏蔽蒙皮设计和制备、无损检测与可靠性评估等。核心产品包括航空发动机蜂窝封严（市场容量大、稳定增长）、航空飞机机翼等大部件（单品价值大且技术难度极高）、导弹舵翼类（市场容量大且技术难度大）、隔音降噪蜂窝结构、电磁蜂窝屏蔽结构等，以及高铁、核电、汽车、建筑等民用蜂窝产品。

双碳目标下，我国正逐步构建起以新能源为主体的新型电力系统。风电是其中关键一环，发挥着愈加重要的作用。随着风电机组的高度变高，以节省成本为目的进行结构轻量化设计是当前风电发展的必然方向。其中海工基础与风电机组由于设计分工不同，国内一直沿用传统的分离式设计，在塔架底部进行数据交互与迭代设计，导致投资占比增高，设计方法冗余度大，建设阶段成本浪费。如何解决分离式设计的弊端，开发更高效的一体化轻量化设计方法是破局痛点的关键所在。 针对钢制塔筒结构，开展失效型式分析，考察不同参数对钢筒性能的影响；针对海上风电机组基础结构成本高、材料浪费严重的问题，以NREL 5MW海上风电机组的三脚架和导管架基础结构为例开展拓扑优化轻量化设计研究，最终实现结构轻量化设计，得到性能更优，质量更轻的海上风电机组基础结构。 创新点 针对钢制塔筒结构，开展了各类失效型式分析，并考察了设计参数对结果的影响，形成一套钢制塔筒轻量化设计方法。 以5MW海上风电机组模型作为参考模型，将拓扑优化方法引入海上风电机组三脚架和导管架支撑结构的轻量化设计，并进行模态分析、刚强度计算，得到一套在概念设计阶段、考虑结构－载荷耦合效应下海上风电机组三脚架和多导管架的拓扑优化设计及仿真流程。 市场前景 在目前陆上、海上风电机组大型化的趋势下，结构的安全设计、轻量化设计将会成为制约行业发展的一个重要难题，而将拓扑优化及有限元仿真引入风电机组结构设计中可有效解决此类问题。 应用案例 航天万源2MW直驱风电机组塔筒，减重10tons； 5MW海上风电机组三脚架支撑结构，减重276.54tons; NREL 5MW海上风电机组导管架支撑结构，最大位移减少14.89%、最大等效应力减小26.66%。 获奖情况 张承婉、杨晓宇、陈卓；指导教师：龙凯，一带一路暨金砖国家技能发展与创新技术大赛－工程仿真创新设计赛项（研究生组），团体优秀奖 张承婉；指导教师：龙凯，第三届中国工业互联网大赛二等奖 丁文杰，本科生，2020年毕业，论文题目“塔筒法兰螺栓疲劳失效机理和法兰轻量化设计”，校级优秀论文 丁文杰、李泽阳、季元、张承婉；指导老师：廖海涛、龙凯，兆瓦级海上风力发电机组三脚架基础结构设计与强度校核分析APP，第三届中国工业互联网大赛，工业互联网+数字仿真专业赛二等奖 张承婉、陆飞宇、张锦华；指导老师：龙凯，中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛北京赛区一等奖 张锦华，指导老师：龙凯，海上风电机组多导管架的拓扑优化方法研究.2020年北京市普通高校优秀本科毕业设计（论文）

基于载荷强化和损伤的载荷谱处理新技术，用于加载谱和耐久性评价规范的制定。通过载荷的强化和损伤、结构抗疲劳设计和载荷谱中强度变化特征等提出了基于强度特征的轻量化设计和可靠性设计，并应用到等速万向传动轴零件的具体设计。

1、汽车零部件轻量化研发与应用。轻量化产品及工艺：汽车锻件在结构-工艺-性能一体化设计及制造等轻量化方面的关键技术开发和应用。轻量化材料：主要进行包括强度钢、镁铝合金高等新型汽车零部件轻量化材料应用。2、材料混晶。解决钢材晶粒组织局部粗大、混杂问题，目标5级以上。

本实用新型公开了一种基于SLM技术的轻量化柱塞及柱塞泵，该柱塞包括柱塞主体和封盖，所述柱塞主体由柱塞头部、连接部和柱塞尾部依次一体成型而成，所述柱塞头部为中空球体，所述中空球体上开有过油孔，所述柱塞尾部为中空圆柱体，所述中空圆柱体的侧壁上至少开有四条均匀分布的通油流道，所述通油流道与所述中空圆柱体的轴线平行，所述通油流道与过油孔在所述连接部交汇相通。本实用新型将SLM快速成型技术应用于柱塞泵柱塞的制造，从而设计出一种封闭的空心薄壁柱塞结构，可以显著减轻柱塞的质量，减小了驱动力和运动中的惯性力，同时减小了无效容积，提高了容积效率，减轻了磨损，显著提高柱塞泵的使用性能和寿命。

压力容器是具有潜在泄漏和爆炸危险的承压类特种设备，广泛用千煤炭、石油化工、天然气等能源工业领域。近年来，伴随能源结构调整，天然气液化储运、油品质量升级等国家战略对我国大型过程工业装置提出了更高要求。为提高效率、降低成本，压力容器不断向重型化方向发展，最大壁厚可达数百毫米、重量可超千吨，常见的有大型加氢反应器、大型换热器、深冷储运容器等。 压力容器重型化不仅导致材料消耗巨大（我国每年耗钢数千万吨）、加工制造困难（甚至超出现有设计制造能力），而且可能产生新的失效模式和机理（存在重大安全事故隐患）。基于以上问题，我国重型压力容器产品在国际上普遍缺乏竞争力，重要设备长期依赖进口。因此，如何在确保本质安全的前提下实现重型压力容器的轻量化，突破现有能力瓶颈、实现节材节能，已成为迫切需求。 围绕这一需求，我校团队开展重型压力容器轻晕化设计制造关键技术研究，建立了重型压力容器轻晕化设计制造共性技术方法，实现了能源工业领域急需的3种重型压力容器轻量化的国产化。研究成果解决了压力容器安全性与经济性相矛盾的突出问题，为轻星化产品长周期安全服役提供了有效途径，改变了千万吨炼油、大型煤化工等国家重大工程建设部分关键装备长期依赖进口的被动局面，实现了大型加饥钢制加氢反应器、超大型换热器等重要压力容器轻量化的国产化。

项目概况 该项目研究开发出具有自主知识产权的少片簧及关键工艺和材料技术，实现其轻量化、高性能和长寿命要求，形成了具有自主知识产权的承受高应力少片簧的关键制造技术，申请了“承受高应力的高强度变截面簧片及其制造方法”的发明专利（200710132237.5）。 本项目处于国内先进水平，拥有自主知识产权，项目获得2008年度中国汽车工业科技进步三等奖。主要特点 在少片簧优化设计的基础上，采用高洁净度、控制夹杂物形态和减少夹杂物数量、形变细化晶粒、表面无全脱碳的新型高强度弹簧钢，对少片簧进行变截面控温轧制，细化晶粒，减少表面缺陷，优化热处理工艺，减少脱碳，改善韧性；，提高表面应力喷丸的预应力大小和喷丸强度等措施，解决了少片簧在承受应力水平提高后,其强度提高和疲劳性能的匹配问题，以及疲劳性能对表面和内部缺陷敏感性显著增加的问题，稳定和提高了少片簧疲劳性能，实现了承受高应力的高性能、长寿命少片簧开发，可减轻悬架弹簧重量20~30%，提高平顺性约10％，具有明显的省材节能降耗效果。技术指标     少片簧设计应力1000-1200MPa、抗拉强度水平≥1800MPa，减轻悬架弹簧重量约20~30%，提高平顺性约10％，满足台架疲劳寿命和实际使用要求。市场前景     本项目已在依维柯系列轻型客车系列上实现了少片簧的国产化批量生产应用，取代了进口，满足了近万台份依维柯车的高端市场需求，减轻了悬架重量，提高了整车平顺性及乘座舒适性，取得了显著的经济效益，并正推广应用于更多的车型上。鉴于高应力少片簧具有整车轻量化、提高整车平顺性和降低材料消耗和燃油消耗等减重、节能、环保的效果，因此，该项目具有十分广泛的推广应用价值，能显著提高企业产品竞争力，填补该领域的国内空白，具有显著的经济效益和社会效益，其进一步的推广应用前景十分广阔。