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多材料輕型汽車內(nèi)部子系統(tǒng)輕量化設(shè)計

由麥格納國際和福特汽車公司開發(fā)研制的多材料輕型汽車（MMLV），是美國能源部項目DEEE0005574的研究成果。該項目演示了載客量為5名乘員的轎車輕量化潛在性能,同時保證了車輛性能和乘員安全性。MMLV所用的商用材料和生產(chǎn)過程,使整車質(zhì)量減輕了23.5％。

介紹了輕型車內(nèi)部子系統(tǒng)的概念設(shè)計、原型設(shè)計和驗證。提出了其內(nèi)部兩個子系統(tǒng)的研究案例:儀表板/橫梁（IP/CCB）和前排座位結(jié)構(gòu)?；诳蓽p輕質(zhì)量的碳纖維增強復(fù)合材料，對兩個概念子系統(tǒng)都進行了重新設(shè)計。結(jié)合原型構(gòu)建技術(shù)，對每個子系統(tǒng)都進行了詳細的分析。

利用分析工具對所設(shè)計的儀表板/橫梁（IP/CCB）和前排座位結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。為了實現(xiàn)質(zhì)量更輕的概念設(shè)計，進行了一系列的迭代計算。優(yōu)化過程分為兩個階段:非線性拓撲優(yōu)化；量規(guī)優(yōu)化。優(yōu)化過程中，選擇了以下兩種不同的碳纖維材料：①設(shè)計意圖，填充40％尼龍?zhí)祭w維即碳纖維增強塑料,使用注射模塑工藝進行制造；②原型意圖，編織碳纖維面料和環(huán)氧復(fù)合原型，使用手糊工藝和真空裝袋工藝進行制造。

經(jīng)過上述優(yōu)化設(shè)計，每輛車的座椅結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕了1.6kg，相比于沖壓鋼結(jié)構(gòu)車輛質(zhì)量減輕了17％；每輛車的儀表板/橫梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕了5.2kg，比鋼鐵和塑料組裝結(jié)構(gòu)車輛質(zhì)量減輕了30％。對上述兩種設(shè)計概念在不同的載荷工況下進行了CAE分析,CAE分析結(jié)果和對座椅結(jié)構(gòu)的物理測試結(jié)果均表明了多材料輕型汽車輕量化設(shè)計的有效性。

John Jaranson et al. SAE 2015-01-1236.

編譯：于雅靜