纤维增强复合材料在汽车覆盖件中的应用

纤维增强复合材料在汽车覆盖件中的应用

周艳月 杜东升

德州实华化工有限公司 山东省德州市 253000

摘要：随着人均汽车保有量的大幅提高，在需求增加、资源有限的情况下，汽车轻量化尤为重要。汽车轻量化的优点是减少环境污染，保护道路，减少汽车零部件之间的磨损，间接增加使用年限，进一步减少环境污染。为了解决上述技术问题，优化产品结构，使用纤维增强复合材料，改善工艺参数。根据效果和资金投入程度，通常使用优化的产品结构分析汽车产品。碳纤维增强复合材料热膨胀系数小，密度低，具有高强度和系数、高温、抗疲劳等其他材料无法比拟的新材料。最高的单一直径只有7微米，是高级工业产品的首选材料。通过优化产品结构和新材料的结合，可以获得最佳性价比。随着国内先进技术的迅速发展，对新材料的优化吸引了很多有希望的人。

关键词：纤维增强复合材料;汽车覆盖件;应用;

引言

纤维增强复合材料(FibreＲeinforcedPolymer，简称“FＲP”)是由纤维与树脂基底材料通过物理或化学的方法复合而成的具有新性能的材料，其常被设计为层合结构。与铁和铝等传统金属材料相比，纤维增强复合材料具有如下优点:轻质、耐疲劳、耐腐蚀、可定制设计、混凝土热膨胀系数接近和隔热。随着复合材料的使用，其结构对冲击载荷的敏感性问题变得越来越重要。复合材料层复盖层结构在装配、修理和维修过程中受到集中力的低速冲击，如刀具下落、晶粒冲击、轨道砾石冲击等。，这可能会导致复合材料层复盖层结构内的界面分层、基座开裂和纤维撕裂等损坏。根据统计数据，复合板在加工、装配和维修过程中主要按层损坏，占缺陷的50%以上。

1纤维增强复合材料概述

复合材料是按照两种或多种材料的比例设计的人造材料。复合材料不仅能纠正单一材料的错误，还能保持组件的优势，因为它们的互连可以提供独特的性能。根据加固材料的不同，复合材料可分为纤维增强、颗粒增强、主体增强、聚合物增强、金属增强等。纤维增强金属材料和连续纤维增强武器用非金属材料的发展需要解决一些问题。增强聚合物复合材料越来越成熟，增强树脂是广泛应用于航空航天、船舶和汽车工业的增强复合材料。树脂增强材料主要包括热塑性树脂和热固性树脂。增强纤维包括玻璃纤维和碳纤维。玻璃纤维相对较低，广泛应用于各个领域。与传统金属材料相比，纤维增强树脂具有较低的基础和密度以及较高的轴向强度，因此纤维增强树脂具有较高的轴向强度和比例系数。树脂基底非常抗腐蚀和疲劳，因此纤维增强树脂也具有耐腐蚀性和耐疲劳性。高强度、高信号的纤维增强树脂模块降低了产品净重，节约了能源，提高了可操作性。

2纤维增强复合材料发动机罩设计

在现有设计中，夹层结构分为内板、外板和夹层板。但实际生产表明，夹层结构不利于整个汽车的安装和协调。根据逐步优化的原则，纤维增强复合材料壳体结构以现有燃料车模型为基础，无重大变化，内外结构保持不变，内外板连接在一起。在生产成本和机械参数方面，选择了碳纤维和玻璃纤维两种增强材料。这两种材料主要由碳纤维制成。加入玻璃纤维很便宜，只有大约三分之一的碳纤维。玻璃纤维比碳纤维更有弹性，在冲击时，玻璃纤维比碳纤维更容易变形，从而提高了与车辆的兼容性。添加玻璃纤维会减少零件约束集中的剩余约束，从而使零件左侧变得困难。根据汽车车身性能和纤维增强复合涂层测试要求，车身外板设计为9层，内板设计为7层，外板设计为6层特种碳纤维，第二层由4层碳纤维、2层单向玻璃纤维和1层玻璃纤维布组成，具体涂层为90(碳)/0(碳)/90 (碳)。

3钢制材料发动机的机罩力学性能试验

3.1对缓冲块的约束与加载

根据汽车行业测试标准，在扭转弯曲试验中，局部坐标系电机盖、6自由度铰链上的缓冲区应力和z方向上的平移量，以及80n载荷应用于左侧z缓冲区。在横向刚度测试中，左右缓冲区铰链的六个自由度以及z方向上的平移自由度受到限制，伺服液压系统将250N的载荷施加到插销上。在弯曲刚度测试中，将6个自由度和平动自由度约束到左侧和右侧缓冲区铰链的z方向，并在锁定处沿z方向应用200N载荷。

3.2树脂选择

根据其物理化学性质，树脂可分为热固性树脂和热塑性树脂。热固性树脂是非方形树脂，由酚醛树脂、脲甲醛树脂、聚酯树脂、环氧树脂等组成。例如，酚醛树脂是通过酚类化合物和醛类化合物的缩合形成的树脂，其应用范围较广，产量相对丰富。酚醛树脂原料价格低廉，生产工艺简单成熟，生产及其加工设备投资少，易于成型加工；树脂可与无机或有机填料或浸渍织物层压板混合制成塑料模具，有些可发泡；产品尺寸相对稳定；与其他热固性树脂相比，它们具有更高的聚合温度，固化树脂的机械性能及其耐化学性与不饱和聚酯相当。酚醛树脂的易失性相对较大，收缩率较高。酚醛树脂复合材料具有可燃性、烟气排放率低、几乎无气体排放等特点。

3.3通过横向刚度分析模拟惯性负荷

模拟车辆在同一方向摆动时对发动机罩的惯性载荷。在模拟过程中，固定发动机罩铰链，在密封的一侧施加100N力，以分析发动机罩关闭状态下的变形系统。发动机罩的两个点暂时固定在铰链的铰链位置上，除了绕水平轴旋转外，所有自由度都是有限的，前端被限制在垂直位移。在这种情况下，执行有限元模拟和实验分析。

结束语

将新型先进层压板叠层动力学、发动机罩自由模态、扭转刚度和横向刚度计算用于复合材料，指出与钢材料相比，新型纤维对遮光板的使用有所改进，既有原金属片的内部设计，也有原金属片的内罩，模态刚度、弯曲刚度、扭转刚度和骤降值都有一定的提升论证了复合材料相对于车身顶盖的明显优势，验证了其实际应用。优化复合材料发动机罩，进一步减轻重量，利用光学复合材料工厂在汽车简单的优点，同时不影响基本性能。

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