生命周期评估与有限元分析结合的鞋撑部件钢材替代方案研究——C60钢与DP1000钢的环境与结构性能权衡

《Applied Sciences》：Environmental and Structural Performance of C60 and DP1000 Steel Shoe Shanks: A Combined LCA and FEA Approach

　　

摘要

钢材等级的选择会影响制造产品的环境影响和结构性能。本研究通过结合生命周期评估（LCA）和有限元分析（FEA），评估鞋撑部件中传统热处理C60钢与DP1000钢替代方案之间的权衡关系。本研究进行了从摇篮到大门的生命周期评估，以量化二氧化碳当量排放，同时通过非线性有限元分析预测结构响应并指导设计探索。直接替换钢材的评估表明，C60方案每个部件的全球变暖潜势比DP1000方案低约7%，其中钢材生产占排放总量的大部分。此外，还进行了一项有限元分析研究，通过减少DP1000方案的厚度，同时确保其承载能力与C60设计相当。通过将DP1000的厚度从1.30毫米减少至1.18毫米，该新模型与初始C60模型相比，全球变暖潜势降低了1.43%。敏感性分析表明，该方案的环境效益范围在1.15%至6.79%之间，且受钢材生产和部件质量假设的强烈影响。研究结果强调了在选择鞋类部件材料时，同时评估环境性能和机械性能的重要性。