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。     

热塑性碳纤维/尼龙6复合材料界面优化及零件快速成型工艺研究

碳纤维复合材料具有质轻高强等优势,是绝佳的轻量化材料,但汽车常用的碳纤维复合材料以环氧树脂等热固性树脂为基体,大规模应用会面临不易回收的难题。热塑性碳纤维复合材料具有易回收的优势,但其如何提升碳纤维与热塑性树脂的界面结合力及零件成型效率是行业难题。本文以热塑性碳纤维/尼龙6复合材料为研究对象,针对商品化碳纤维/尼龙6界面相容性差的问题,创新设计一种新型的可溶性共聚酰胺上浆剂,将碳纤维/尼龙6的界面强度提升74.2%,显著提升了碳纤维/尼龙6的综合性能。同时,优化预浸料制备和连续模压成型的工艺参数,将碳纤维顶盖横梁的模压生产效率提升至3.4 min/件,满足汽车行业大批量产节拍要求。同时,碳纤维/尼龙6顶盖横梁具有极高的弯曲强度和模量,与钢制件相比轻量率达68.8%。综上,本文为热塑性碳纤维复合材料（易回收）在汽车上的批量化应用提供了创新解决方案。     

汽车顶盖复合材料前横梁铺层多目标优化设计

以自主品牌某型号汽车顶盖复合材料前横梁为研究对象,以整车模态频率、弯曲刚度、抗压性能为优化目标,通过编程实现以复合材料铺层的工艺要求为约束条件,对碳纤维复合材料前横梁进行多目标铺层优化,最终获得了Pareto优化解。在Pareto优化解中选择一组折衷的优化铺层方案,结果显示,优化后的铺层方案性能优于初始设计方案。     

车身碳纤维接头结构横向弯曲性能研究

通过试验获取车身单帽型碳纤维增强复合材料T型接头的横向弯曲关键性能,分析结构失效模式对试验结果的影响;对试验过程进行有限元模拟,并与试验结果对比;在调整结构尺寸参数和铺层数目时,计算结构横向弯曲性能与质量的相对灵敏度。试验结果表明,层合板渐进损伤引起T型接头横向弯曲刚度衰减,T型接头下表面大面积失效导致结构最终失去承载能力;有限元分析结果与试验结果基本吻合;灵敏度分析结果显示,合理增大尺寸参数R和H,可以较小的质量增大代价获得明显的结构性能提升。     

混合变参数振动钻削纤维增强复合材料的研究

根据纤维增强复合材料钻削分层临界力及钻削轴向力的理论模型,提出了混合变参数振动钻削纤维增强复合材料的新工艺,并给出了该工艺的实现方法。对碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料进行了验证试验。根据钻削过程中不同阶段分层临界力的变化情况,实时地改变钻削参数和振动参数,在保证不出现钻削分层的前提下取得最佳的孔加工质量和生产效率,试验结果与理论分析吻合。     

混合变蚕数振动钻削纤维增强复合材料的研究

根据纤维增强复合材料钻削分层临界力及钻削轴向力的理论模型,提出了混合变参数振动钻削纤维增强复合材料的新工艺,并给出了该工艺的实现方法.对碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料进行了验证试验.根据钻削过程中不同阶段分层临界力的变化情况,实时地改变钻削参数和振动参数,在保证不出现钻削分层的前提下取得最佳的孔加工质量和生产效率,试验结果与理论分析吻合.     

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。     

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%。     

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。     

碳纤维增强复合材料在汽车上的应用

介绍了碳纤维增强复合材料的性能、成型工艺及在国外汽车行业的应用情况,分析了国内汽车应用碳纤维增强复合材料的状况和有待解决的问题。指出用碳纤维增强复合材料制造车身、底盘传动系统等的结构件、覆盖件,可有效减轻汽车自身质量、降低油耗、减少排放,是一种非常有发展前景的复合材料。     

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。     

碳纤维复合材料避震塔强度性能多尺度优化设计

综合考虑机织复合材料成型及力学性能特点,设计了一体式结构3D机织碳纤维复合材料避震塔,并基于多尺度优化方法,综合考虑材料和结构参数,实现避震塔强度性能优化设计。为获取准确的仿真分析用材料参数,基于显微镜观测得到的机织参数建立多尺度预测模型。通过避震塔强度性能仿真分析与试验结果的对比,验证了考虑工艺过程影响的材料参数预测结果及结构性能仿真分析方法的正确性,与原高强钢避震塔相比,优化得到的3D机织碳纤维复合材料避震塔实现了50%的轻量化效果。     

铝基复合材料的摩擦磨损机理的应用研究

选择不同的基体(LD31、LY12)和不同的增强体颗粒大小(3．5、10、20μm)，对铝基复合材料在汽车制动过程中的摩擦磨损机理进行了研究，包括汽车制动盘在制动过程中复合材料表面转移膜的形成机制、转移膜的作用及制动过程中复合材料的磨损机制。研究结果表明，在制动过程中，复合材料的摩擦表面迅速形成对磨材料的转移膜，并且该转移膜均匀牢固，不易剥落，对复合材料的摩擦因数和磨损量起着非常重要的作用。现制造出的铝基复合材料制动盘实用件已经进入相关的台架试验，为指导汽车制动盘用非连续增强铝基复合材料的设计和优化提供了重要的理论依据。     

CFRP-钢超混杂结构共固化成型分析与优化

采用碳纤维增强聚合物(CFRP)-钢超混杂复合结构对某电动汽车B柱进行轻量化设计。由于不同材料性质的差异,导致成型过程中不可避免地会出现残余应力和固化变形,影响零部件的力学性能和尺寸精度。为此,本文中通过有限元法分析了CFRP-钢超混杂复合U型结构热模压共固化成型过程,其中复合材料固化过程采用CHILE预测模型。在保证成型效率的前提下,对固化工艺参数进行了优化。结果表明,通过工艺参数的优化可有效地减小CFRP-钢超混杂共固化成型U型结构的残余应力和固化变形。     

注塑短纤维增强复合材料汽车尾门内板轻量化设计

本文中针对短纤维增强复合材料汽车尾门内板，提出一种包含材料-结构并行优化的轻量化设计流程。考虑纤维分层分布特点建立材料分层模型，在此基础上提出材料参数化本构模型，在改变材料参数时可快速预测其力学性能；根据纤维取向的分布特征，提出材料参数提取和映射方法，有效提升结构分析精度；考虑材料和结构设计变量，结合Kriging代理模型和基于边界搜索的改进粒子群优化算法，提出复合材料汽车尾门内板轻量化设计流程。最终结果，在保证多工况设计要求的同时，实现了材料和结构参数的并行优化，取得减质量10.5%的轻量化效果。     

碳纤维增强复合材料在汽车研发模型中的应用

碳纤维增强复合材料具有良好的力学性能,在汽车新车型研发中被广泛应用。文章介绍了碳纤维增强复合材料在汽车研发不同阶段的各类模型,如造型展示模型、人机工程验证模型、风洞模型、除雾除霜实车模型中的应用,为后续该材料的进一步应用提供参考。     

碳纤维复合材料传动轴临界转速分析

介绍了碳纤维增强的复合材料汽车传动轴临界转速的2种计算方法：理论公式法和有限元计算法。并将两者的结果进行比较,证明了有限元分析的可信性,为碳纤维在汽车中的应用提供了依据。     

碳纤维复合材料导流罩轻量化设计技术研究

为满足商用车轻量化发展需求，从材料轻量化角度出发，将某款商用车驾驶室的玻璃钢顶导流罩替换为碳纤维环氧树脂基复合材料（CFRP）顶导流罩，实现了降重30%的目标，同时性能指标达成，甚至优于原玻璃钢顶导流罩；基于3D-Hashin复合材料失效准则和Cohesive分层失效准则，建立了CFRP基本力学性能仿真模型，并通过与试验结果进行对比，验证了模型的有效性与材料参数准确性；通过优化碳纤维复合材料层合板的铺层角度设计，建立顶导流罩有限元模型，将两种材料的约束模态和刚度进行对比分析，结果表明：与原玻璃钢顶导流罩相比，碳纤维复合材料（CFRP）顶导流罩在显著降重的基础上，约束模态和平均刚度均有所提升，且满足强度性能指标。     

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%。     

汽车顶盖部件轻量化的研究

介绍了使用碳纤维织布加强芯毡代替传统手糊工艺中的普通玻璃纤维布来减轻汽车顶盖部件产品质量的方法。通过对三种试样方案进行详细对比,进一步确认工艺可行性。应用真空RTM工艺碳纤维织布加强芯毡成型的汽车顶盖减轻质量33%,实现轻量化使整车油耗降低,达到节能减排的目的。