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。     

碳纤维与铝合金螺栓连接拉伸失效仿真研究

通过有限元软件ABAQUS中Explicit模块建立碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）与铝合金螺栓连接接头的有限元仿真三维模型，并进行了相对应的单钉单剪拉伸试验研究。结合试验和仿真结果，获得了螺栓连接接头在单轴拉伸载荷下的损伤失效模式。铝合金失效基于延展性（Ductile）金属失效准则，CFRP失效准则基于Hashin准则，可以表现复合材料在纤维拉伸压缩、基体拉伸压缩、法向分层拉伸压缩和纤维与基体剪切模式下的7种失效形式，复合材料起始失效后采用刚度折减规则实现刚度退化。结果表明，螺栓失效过程分为3个阶段，即线弹性阶段、CFRP损伤起始阶段、接头失效阶段。对比仿真和试验结果，以接头强度角度考虑，仿真结果与试验结果误差为6.3%，说明了有限元仿真模型的有效性。通过有限元仿真结果分析发现，在螺栓接头失效过程中，CFRP失效发生在基体拉伸和压缩模式以及法向分层压缩模式上，铝合金表现出了明显的延展性损伤形式。     

某车型PDCPD导流罩开发研究

为了降低某商用车重量,提升其轻量化性能;对其导流罩使用轻量化材料,进行轻量化设计,在保证性能与标杆产品持平的前提下实现重量降低.标杆产品使用SMC,轻量化材料使用PDCPD.PDCPD材料刚度低于SMC材料,为保证产品刚度,首先以刚度目标为导向,使用仿真优化辅助产品结构设计,实现产品刚度性能达标.产品刚度性能达标后,局...     

基于抗撞性的汽车B柱碳纤维加强板优化设计

考虑到碳纤维增强聚合物基复合材料的特点,本文中将某乘用车B柱原钢材加强板用碳纤维材料替代,并进行优化。首先在整车侧面碰撞有限元模型的基础上进行B柱子结构模型的解耦,利用子结构动态模型进行了B柱加强板的材料替换和性能计算,确定了初始纤维板铺层和厚度;为充分发挥复合材料可设计性的优势,采用面向复合材料的结构优化方法进行了纤维复合材料的铺层厚度、角度和铺层顺序优化。对比原车结构,在抗撞性不变的前提下,碳纤维B柱加强板取得显著的轻量化效果。     

基于宏观断裂力学的CFRP薄壁结构耐撞性能研究及应用

为了研究碳纤维增强复合材料（Carbon Fibre Reinforced Plastics，CFRP）薄壁圆管在准静态轴向压溃过程的压溃失效形式和吸能特性，提出一种基于宏观断裂力学理论基础的本构模型。通过对比试验和仿真结果，发现比吸能和平均力误差均小于1%，这验证了宏观断裂力学分析方法的合理性。为了进一步研究复合材料在汽车前纵梁吸能部件中的应用，从耐撞性能和轻量化角度出发，对比了CFRP前纵梁和钢质前纵梁的仿真结果。结果表明，在相同前纵梁结构件中，CFRP前纵梁的能量吸收能力要大于钢质前纵梁的能量吸收能力。     

考虑应变率效应的碳纤维增强复合材料发动机罩行人保护分析

利用高速拉伸试验机在0.01～500 s-1的应变率范围内获取了某碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板发动机罩的应力-应变曲线并讨论了应变率对其力学性能的影响,结果表明CFRP层合板是应变率相关材料。利用获取的试验数据与广义Maxwell模型拟合,得到考虑应变率效应的广义Maxwell材料本构模型,将该模型引入分析软件LS-DYNA,对某CFRP发动机罩进行了行人保护性能仿真与试验对标,结果表明,考虑模量的应变率效应可以提升CFRP发动机罩头部损伤值的分析准确度。     

重型载货汽车钢铝混合车身轻量化方案研究

通过对铝合金车身不同技术路线对比研究，提出“型材框架+覆盖件”钢铝混合重型载货汽车车身轻量化方案。基于该车身结构完成材料选用、连接工艺对比与方案制定，并采用CAE软件对该车身的模态、刚度、疲劳、碰撞性能进行仿真分析，各项性能指标均满足产品要求。该钢铝混合车身较原钢质车身质量降低81.5 kg，降幅22.4%，为后续重型载货汽车车身轻量化设计与制造提供参考。     

基于熵权TOPSIS法的CFRP防撞梁轻量化研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有轻质高强的特点,本文中基于抗撞性要求将某乘用车保险杠原钢制防撞梁替换为CFRP,并进行铺层优化设计。首先对CFRP层合板进行力学性能试验以获得材料参数,并通过三点弯曲仿真试验验证其准确性,然后根据等刚度设计原理,确定CFRP防撞梁的厚度,并通过保险杠低速碰撞有限元仿真对比分析两种材料防撞梁的抗撞性能。在此基础上,以质量、比吸能、最大侵入量和碰撞力峰值为目标,采用熵权TOPSIS方法对CFRP防撞梁进行铺层优化,确定出最优铺层方案。结果表明,在保证抗撞性能要求的条件下,优化后的CFRP防撞梁比原钢制防撞梁减轻了76.82%。     

CFRP十二直角薄壁梁保险杠的轻量化设计

针对某B级轿车保险杠总成轻量化改进设计,基于碰撞能量管理的方法,确定了保险杠吸能目标,采用正向设计的方法进行详细尺寸设计。吸能盒采用外层为碳纤维增强复合材料(CFRP)、内层为低碳钢板的十二直角薄壁梁结构,根据薄壁梁压溃理论,分别确定两层材料厚度理论值。横梁采用单层CFRP材料的十二直角薄壁梁结构,以刚度等效替代方法,确定横梁厚度理论值。以厚度理论值为基础,设计一系列对比方案,最终通过高、低速碰撞验证选出合理方案,在保证吸能要求的前提下,使保险杠总成质量减轻41.5%。     

碳纤维复合材料汽车翼子板优化设计研究

碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)零件的性能与其结构形式和铺层方式相关,合理的结构设计及铺层方式可充分发挥CFRP的效能。以CFRP汽车翼子板为研究对象,在保证性能要求的前提下,采用自由尺寸优化方法进行翼子板结构优化设计。在此基础上,将拉丁超立方采样与有限元方法相结合,获得翼子板设计空间的初始样本数据,建立以安装点刚度为目标的Kriging模型,并利用期望改进准则不断提高模型精度。基于构建的Kriging模型,采用遗传算法求解翼子板最佳铺层方式,使优化后的CFRP翼子板减重效果达到43.1%。     

铸铝一体化发动机罩的可靠性优化设计

为了提高发动机罩的轻量化水平与性能要求,采用“材料-工艺-结构-性能”一体化集成方法设计铸铝一体化发动机罩。建立了发动机罩的有限元模型,通过模态试验验证了所建模型的准确性。以铸铝发动机罩厚度为设计变量,综合考虑发动机罩的刚度和模态性能,采用最优拉丁超立方试验设计构造样本点,联合径向基(Radial Basis Function,RBF)神经网络模型与多岛遗传算法(Multi-Island Genetic Algorithm,MIGA)进行多目标优化。基于RBF-MIGA近似模型和6Sigma可靠性优化方法对发动机罩进行优化设计。结果表明,经可靠性优化后的发动机罩质量减轻了10.59%,约束一阶模态提高了41.43%。     

重型特种车复合材料车架模态分析

研究了某重型专用车复合材料车架动态特性．建立了复合材料车架模态计算模型,并对其进行了模态分析,获得了固有频率和振型．并对原钢制材料车架进行了对比分析。分析研究结果表明,用复合材料替代钢材制造车架完全可行,轻量化效果明显。     

铝合金发动机罩盖内板结构优化设计研究

为实现发动罩盖的轻量化设计,本文使用铝合金材料制作发动机罩盖。基于刚度和行人保护,利用OptiStruct软件优化设计一种新型的铝合金内板结构,相比原钢制罩盖,重量减轻46.4％,行人头部保护、刚度和模态性能没有降低。     

某新能源汽车复合材料前车门轻量化设计

本文以汽车前门作为研究对象,以碳纤维结构设计及铺层形式进行研究。经过仿真分析表明,碳纤维前车门的模态、刚度、强度都得到了明显的提升,在满足性能要求的基础上,重量得到了减轻,实现了轻量化的目的。     

碳纤维增强塑料在汽车领域掀起一场革命

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1／4，碳纤维增强塑料（CFRP）抗拉强度一般都,E3500MPa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为230～430GPa亦高于钢。材料的比强度愈高，则构件自重愈小；比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工业的广阔应用前景。近年来各大汽车制造商纷纷携同材料供应商开发各款采用CFRP材料的轻量化车型。     

某新能源汽车复合材料电池包轻量化设计

电池包是电动汽车的动力源,其中下箱体及模组安装板是电池包的主要承载部件,采用碳纤维复合材料代替原不锈钢材料对下箱体及模组安装板进行轻量化设计。上箱体兼顾到制造成本问题,使用原不锈钢材料。结果表明,采用碳纤维复合材料的电池包在满足力学性能的同时,相比于原不锈钢材料,电池包重量指标得到了较大的改善。     

CFRP拉索斜拉桥模态试验与分析

采用环境脉动法对CFRP拉索斜拉试验桥进行模态试验.联合采用峰值拾取法和互功率谱(PSD)法来识别模态参数,并将其与有限元模型计算结果进行对比分析;按等轴向刚度准则将CFRP索替换为钢索,比较不同索模型的动力特性.结果表明:实测结果与计算结果基本吻合,相对钢索,CFRP索斜拉桥自振频率有所提高.     

连续碳纤维增强复合材料汽车顶盖铺层优化

本文中基于抗雪压性能需求,对连续碳纤维增强复合材料汽车顶盖结构开展了多层次铺层优化设计。首先,进行了连续碳纤维增强复合材料力学性能试验和参数反求,并将分析所得应力应变曲线与试验结果对比,结果误差均在允许范围之内,验证了所选取的材料本构模型参数的正确性。然后,以顶盖质量最小化为目标,开展了汽车顶盖自由尺寸优化、尺寸优化和层组优化,在优化过程中同时兼顾了工艺约束和顶盖刚度两个方面的要求。优化后,连续碳纤维增强复合材料汽车顶盖的质量比原始钢制件减轻了59.3%,顶盖在加载过程中未出现明显的屈曲现象,满足设计要求。     

钢-铝混合驾驶室材料-结构轻量化设计

为了得到更为完善的商用车驾驶室轻量化设计,提出了钢-铝混合驾驶室材料-结构一体化轻量化方法。首先基于灵敏度分析、等刚度近似理论与等强度理论建立了性能驱动的材料选择方法,并针对钢制驾驶室初步设计了钢-铝混合材料方案。然后通过折衷规划法的拓扑优化识别了驾驶室关键传力路径,并加强了相关结构。其次考虑驾驶室零件厚度、截面尺寸设计参数,建立了驾驶室质量、刚度及模态性能的径向基函数的代理模型,并采用多目标粒子群优化方法对驾驶室进行多目标优化设计。优化结果表明,在满足驾驶室刚度、模态和碰撞性能的要求下,驾驶室质量减轻了12.8%。该方法对钢-铝混合驾驶室轻量化有实际的工程指导价值。     

基于通用生成函数法的CFRP防撞梁碰撞可靠性设计优化

为满足汽车耐撞性与轻量化的要求,对碳纤维增强复合材料（CFRP）防撞梁进行可靠性优化设计（RBDO）。以CFRP防撞梁关键控制点横坐标、厚度以及铺层角度为设计变量,以碰撞力峰值为约束条件,以比吸能最大为目标构建优化模型。采用拉丁超立方法与克里金（Kriging）代理模型法相结合拟合出目标及约束函数的Kriging近似模型,采用通用生成函数（UGF）-直接映射法来进行碰撞可靠性优化设计。结果表明：在随机变量非正态、功能函数高度非线性的情况下,传统矩方法无法保证收敛,蒙特卡罗法精度最高但计算成本过大,使用UGF进行可靠性分析优化时收敛稳定,在保证精度的同时效率较高;引入非均匀聚类技术的UGF法效率进一步提高,采用UGF法得到的优化结果相较于初始目标值优化幅度达21.6%,达到预期效果。