碳纤维复合材料发动机罩轻量化设计研究研究.pdf

碳纤维复合材料发动机罩轻量化设计研究 徐 娟 (上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240) 【摘要】 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。 most methodto andreductionemissionis of 【Abstract】Theimportant savingenergy lightweight 6beristhemostidealmaterialof ofvehicle．Bonnetis isthe body．Carbon lightweight chosen，which of thestmctureofbonnetandcarbon6beris isbased represent“Vesamplebody，and designed，which onthe and of ofbonnet．The ofthe bonnetisved— optimizationrequirementdesign feasibilitydesigned fied of simulation bonnet． thmughped．omance aIlalysis 【关键词】 发动机罩汽车轻量化碳纤维复合材料 doi：10．3969／j．i豁n2015．03．12 轻量化材料。 O 引言 1 碳纤维复合材料的设计 随着汽车保有量不断增加，带来了如能源、环 境污染等负面影响。 复合材料是由若干单层材料组成的，因此复 戴姆勒公司的研究表明，在城市路况下，减重 合材料的性能是由单层材料决定的。单层材料的 100 kg的汽车，每百公里燃油下降0．3～0．6L， 设计包括材料的选择和结构的设计。 CO：排放量降低75—125g。汽车上钢铁材料占车 单向纤维布具有碳纤维复合材料各向异性的 重的3“，如果能够用碳纤维复合材料全面替代钢 特点，更能发挥复合材料可设计性的特点，环氧树 铁，将会对汽车的燃油经济性和c0：的排放量都 脂是常用的碳纤维复合材料基体材料，能够满足 有着较大的影响。因此汽车轻量化是实现节能减 发动机罩使用的要求。 排的重要方法。 碳纤维复合材料的铺层设计一般使用均衡对 目前实现汽车轻量化主要有2条途径：(1)采 称铺设的原理，这可以明显避免壳体结构的翘曲 用轻量化材料，如高强度钢材、铝合金、复合材料 变形。而[0／45／90／一45]s的铺层设计，可以最大 等；(2)利用CAE技术优化汽车零部件的结构，从限度利用碳纤维方向高强度和刚度的特性。考虑 而最大限度地减轻零部件的质量。 到发动机罩作为车身外覆盖件，为了保护发动机 碳纤维复合材料是目前常用材料中比模度和 舱内的零件，需要一定的抗冲击性。而在表面铺 比刚度最高的材料。同时它还具有耐高温、耐候 设±45。可以明显改善复合材料的抗冲击性，有利 性好、可设计性强等特点，成为最理想的汽车车身