碳纤维复合材料发动机罩轻量化设计研究

汽车车身轻量化是解决汽车节能减排的重要方法之一。碳纤维复合材料是车身最理想的轻量化材料。选择发动机罩作为典型的车身件,以发动机罩的尺寸优化分析和结构设计要求为设计前提,对碳纤维复合材料和发动机罩的结构进行设计,通过对设计后的发动机罩进行性能仿真分析,验证碳纤维复合材料发动机罩的可行性。     

FDS连接工艺在车身轻量化中的应用研究

正混合车身骨架结构可以大幅度实现车身轻量化,车身新材料的应用使传统的连接方式面临挑战,FDS工艺可实现单面连接,也可以连接异种材料,通过对FDS先进连接技术的应用研究,为我国汽车制造中混合车身连接设计及其国产化提供了有效可行的方案。目前,越来越多的汽车公司开始应用钢铝混合车身骨架结构,使用铝型材、铝冲压件、铝铸件,以及碳纤维等工程塑料和复合材料类部件,结合各种超高强度钢板,替代传统钢板构件或组件,实现车身框架结构的轻量化和高强度。     

FDS技术在钢铝混合车身上的应用

随着汽车轻量化的发展,新材料、新工艺不断被应用,高强钢、铝合金、镁合金及碳纤维等轻质材料应用比例越来越高。多元化的材料对连接工艺和技术也带来了新的挑战,传统的电阻点焊已不再适用,包括流钻螺钉(FDS)、自冲铆接、铝点焊、结构胶等连接新工艺逐渐被主机长广泛应用。文章基于某款钢铝混合的轻量化新能源车型,介绍了铝合金减震器塔与钢制车身的流钻螺钉FDS连接设计与应用,希望能给同行以参考。     

汽车车身轻量化用锁铆连接工艺及设备

汽车车身轻量化的主要措施之一是采用轻质材料,包括铝、镁合金等有色金属,玻璃纤维或碳纤维复合材料、塑料等非金属材料,高强度钢板等。而将如此多种的材料以较低的综合成本很好地连接在一起是现在所面临的迫切课题,而EPRESS锁铆连接工艺和设备,不但能够很好地解决汽车轻量化过程中的连接工艺问题,而且能够降低综合生产成本并提高铆接质量。与特种焊接、传统铆接和胶接相比,锁铆连接具有明显技术应用优势。     

汽车用碳纤维复合材料的结构设计与加工工艺

相比于传统铝合金、高强钢和玻纤复合材料等材料,碳纤维复合材料减重效果和强度优势更加明显。在国内市场,虽然已有部分展车实现碳纤维复合材料在汽车车身局部及一些零部件上的应用,但目前尚处于样车、样件及研制品的阶段。如何开发出适用于汽车量产工艺和制造节拍的加工及连接工艺,同时降低制造成本,仍然是国内碳纤维复合材料在量产汽车领域应用的重大难点。本文介绍了碳纤维的各向异性与复合材料设计方法、加工工艺及多材料连接工艺的方法。     

基于ECB的车身轻量化材料应用趋势

为了给车身材料选择提供参考依据,更好地指导车身轻量化设计。在介绍车身轻量化理论基础上,对ECB车身材料进行分类统计,分析了高强钢、铝合金、复合材料的应用现状和应用趋势。研究结果表明,车身轻量化材料向多元化发展,多材料复合车身是未来车身的发展方向,高强钢和铝合金的应用随着市场波动呈现出一种此消彼长的交替变化关系,成本和产能是制约复合材料从高端车型向中低端车型扩展的主要因素。     

结构粘接技术在轻量化前瞻车上的应用

介绍了结构粘接技术在轻量化前瞻车上碳纤维复合材料、铸铝等轻量化材料连接上的应用及优势,对影响结构粘接的各项因素,包括碳纤维复合材料粘接方向、粘接接头设计、粘接基材的表面处理、胶层厚度、使用温度、施工环境、固化压力等对结构粘接性能的影响进行了研究和讨论。     

多材料车身机械点连接技术的应用

车身轻量化是降低原油消耗与尾气排放的必要措施,而轻量化新材料的使用对多材料车身零部件间的连接提出了新的挑战。在这种趋势下,新的车身连接技术不断被开发出来并投入量产应用。常用的白车身零部件连接方式包括点连接、线连接和一般紧固件连接几类。本文介绍了几种典型的多材料车身机械点连接技术,分析了其原理、优缺点、应用和开发进展,并对其选择和应用策略进行了浅析,为多材料车身轻量化设计提供连接方法上的新参考。     

连续纤维复合材料电池包上盖的设计研究

轻量化技术可有效提高新能源汽车续航能力和驾驶性能,已被广泛应用于汽车的生产制造中。连续纤维复合材料在比强度、比刚度、热膨胀系数与抗疲劳性能等方面比传统金属更具有优势,开启了轻量化新时代。文章以新能源汽车核心部件电池包为研究对象,基于高压树脂传递模塑成型（HP-RTM）工艺,根据碳纤维复合材料与玻璃纤维复合材料的材料特点,对电池包上盖进行了轻量化设计。通过结构优化、工艺优化、连接方式优化等技术手段完成了电池包上盖的轻量化量产方案。电池包样机测试结果表明,采用碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料制作的电池包上盖可以有效提升电池包结构的强度、刚度以及耐疲劳性,综合减重达50%以上。文章所述的连续纤维复合材料轻量化设计方案也可为汽车其他零部件设计提供指导。     

碳纤维复合材料车用结构设计与仿真研究综述

汽车轻量化技术是实现汽车节能减排的重要举措,已成为国内外汽车工业界的研究热点。碳纤维复合材料在车身上的系统应用引领了汽车行业,尤其是新能源汽车的轻量化进程。本文对国内外碳纤维复合材料车身及零部件的研究成果进行回顾与总结,从结构设计与性能仿真两个方面对目前的研究成果进行了综述,并分析存在的问题和进一步深入研究的方向。     

梯度碳纤维复合材料/铝合金复合多胞管斜压失稳研究

以碳纤维复合材料 （Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic,CFRP） /铝合金复合多胞吸能管为研究对象,建立基于试验验证的高精度有限元模型,对比分析了CFRP/铝合金复合单胞管与多胞管在多角度斜向压缩工况下的动力学响应,阐明CFRP/铝合金复合多胞管的优缺点,解析CFRP与铝合金的吸能贡献机制。针对CFRP/铝合金多胞管大角度工况下的斜压失稳问题,提出一种基于CFRP梯度缠绕策略的失稳控制方法,明确了以CFRP正向梯度缠绕铝合金复合多胞管为基础构型的解决方案。通过对梯度厚度差值与梯度层数进行参数化研究,建立了高效精准的梯度设计策略,确保CFRP/铝合金复合多胞管在期望角度范围内始终保持稳定高效的变形模式,实现多工况综合耐撞性能的显著提升。研究 成果为多材料轻质安全车身结构的耐撞性设计提供理论指导与共性技术支撑。     

钢铝混合白车身在汽车轻量化中的应用及乘用车轻量化实例

在节能减排和新能源汽车长续航里程的需求下,汽车轻量化是目前最有效的手段,白车身重量占据整台汽车较大百分比,白车身轻量化是汽车减重的核心目标,目前新型轻量化设计,铝合金白车身在乘用车领域已被广泛使用,但全铝车身也存在材质本身缺陷,铝合金强度低于钢,关键强度位置无法达到碰撞要求,文章以热成型钢作为关键强度建与铝合金组成混合材质的乘用车白车身实例进行分析,比较传统的钢制车身,可使整车减重40%。并保证汽车优异碰撞性能要求。     

EWL组合近似模型在铝车身轻量化优化中的应用

以铝车身为研究对象,基于详细接头建立了铝车身参数化概念模型,其与车身详细模型的误差控制在15%以内,满足工程开发要求。采用相对灵敏度分析法筛选出铝车身的8个关键断面作为设计变量。提出EWL组合近似模型;运用最优拉丁超立方设计(Optimal Latin Hypercube Design,OLHD)采样法分别建立基础性能的KRI、响应面法(Response Surface Methodology,RSM)、径向基函数(Radial Basis Function,RBF)法、反比例平均化(EI)法、启发式计算(EG)法和EWL组合近似模型,通过对比分析误差评价指标得出EWL组合近似模型具有最优的拟合精度和稳定性。综合运用EWL组合优化模型和组合优化算法,即全局自适应模拟退火算法(Adaptive Simulated Algorithms,ASA)和梯度序列二次规划(Non-linear Programming by Quadratic Lagrangian,NLPQL)法的组合优化策略对参数化概念铝车身模型进行轻量化优化。结果表明,在4项基础性能不降低的情况下实现铝车身质量减轻6.7 kg,占整车质量的6.58%,且试验误差控制在10%以内,取得了较好的轻量化效果,为概念设计阶段的铝车身轻量化设计提供指导。     

Topologically optimized shape of CFRP front lower control ARM

This study shows topology optimization of lower control arm (LCA), made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP), that was originally composed of aluminum alloy. By mean-field homogenization (MFH) method, averaged mechanical properties of CFRP are applied to FEM analyses of 3D LCA model. The design target is to reduce the LCA weight while satisfying the multiple constraints including required stiffness and durability conditions at the same time. As a result, authors propose the new design of CFRP LCA with 30 % weight reduction compared to Al alloy LCA.     

聚合物基体复合材料与金属的连接工艺综述

复合材料等轻量化材料在汽车制造领域的大量应用,为异种材料连接技术带来了新的机遇与挑战。在国内外学者的不懈努力下,越来越多的连接技术涌现出来。根据连接过程中不同的热量产生机制,可将复合材料与金属之间的连接方法分为机械连接、胶接及熔焊连接3个类别。然而,由于异种材料在理化特性方面存在着巨大的差异,其连接技术中存在的问题制约了复合材料与传统金属材料的混合使用。对3种连接工艺进行了综述,并比较其应用现状与优缺点,为选择恰当的连接工艺提供参考。     

CFRP筋锚具粘结界面剪应力的影响参数研究

研究采用树脂胶作为粘结剂的CFRP筋粘结式锚具的传力机制。以荷载、锚具长度、胶体厚度、弹性模量及设端堵与不设端堵等为参数,采用有限元法分析上述参数对锚具中CFRP筋-树脂胶体粘结界面的剪应力分布的影响,研究给出CFRP筋锚具主要的设计参数建议值。     

轻量化技术在整车上的应用

介绍了目前世界上和国内整车企业汽车轻量化技术的发展情况及应用,主要包括高强度钢、铝合金材料、镁合金材料和复合材料在整车设计、制造上的应用.     

城市公交车身轻量化分析与设计

作为城市枢纽的公交车,采用纯电动技术可作为降低城市环境污染、减少能源消耗的切入点。目前续驶里程短是制约纯电动公交发展的主要因素。可以通过增加动力电池的电量或者对整车进行轻量化来增加续驶里程。在轻量化设计方面,对高强钢、铝合金、镁合金、工程塑料和碳纤维等几种轻量化材料进行对比分析,从中选出目前较为合适的铝合金材料。通过理论计算与设计,再通过有限元分析手段进行验证,设计出合理的车身骨架用型材截面以及连接结构。实现减重的同时保证车身结构可靠性,同时通过全生命周期中成本评估对比,发现铝合金车身可以实现降本。     

扭转梁悬架碳纤维复合材料横梁结构优化

鉴于碳纤维增强复合材料(CFRP)轻质高强的特点,本文中将某乘用车扭转梁悬架原钢质横梁用碳纤维复合材料替代,并进行结构优化设计。首先,通过碳纤维增强复合材料层合板力学性能试验获得材料力学参数,建立悬架扭转梁有限元模型,并对扭转梁中的碳纤维复合材料横梁截面进行改进设计。在此基础上,综合考虑横梁质量、刚度和工艺约束,对CFRP横梁进行铺层厚度、角度和铺层顺序的多层次优化。优化后,在满足各项性能指标的情况下,碳纤维增强复合材料横梁比原钢质横梁轻量79.34%,取得显著的轻量化效果。