机械结构轻量化设计需在保证强度与刚度的前提下，通过材料创新、结构优化、工艺改进多路径推进，尤其适用于对重量敏感的领域。某新能源汽车企业在设计电池包框架时，便通过多维度优化实现轻量化目标。
材料方面，团队放弃传统钢制框架，选用 6061 铝合金，其密度仅为钢的 1/3，而抗拉强度达 290MPa，满足电池包承载要求。结构优化环节，采用拓扑优化技术，通过有限元软件模拟电池包在碰撞、振动工况下的应力分布，去除框架上应力小于 50MPa 的冗余材料，使框架结构呈现类似 “蜂巢” 的镂空形态，材料用量减少 30%。同时，将原有的 “多部件焊接” 结构改为一体化挤压成型，减少焊接接头数量，既提升结构稳定性，又降低加工成本。
另一案例中，某航空零部件企业针对飞机起落架连杆，采用 “钛合金材料 + 空心结构” 设计。通过热挤压工艺制成空心连杆，内径与外径比控制在 0.6，在保证抗拉强度的同时，重量较实心连杆减轻 45%。值得注意的是，轻量化设计需同步验证性能，如该企业通过 10 万次疲劳测试，确认空心连杆在交变载荷下无裂纹产生，确保了结构可靠性。
