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        淺析復(fù)合材料在汽車輕量化設(shè)計中的應(yīng)用

        2019-10-21 07:23:54劉飛
        大眾科學(xué)·上旬 2019年9期
        關(guān)鍵詞:輕量化設(shè)計設(shè)計應(yīng)用復(fù)合材料

        摘 要:隨著當(dāng)前人們生活質(zhì)量水平提升,人們擁有汽車的數(shù)量也在增加,人們對汽車的選擇不只是從實用的角度出發(fā),也愈來愈注重性能和材質(zhì)的運用。所以這就要求汽車設(shè)計過程中能不斷優(yōu)化,基于此,本文先就汽車輕量化設(shè)計的優(yōu)勢以及設(shè)計途徑進(jìn)行闡述,然后就汽車輕量化設(shè)計中復(fù)合材料應(yīng)用優(yōu)勢以及實際應(yīng)用詳細(xì)探究,希冀能從理論上就復(fù)合材料應(yīng)用研究能為實際汽車輕量化設(shè)計起到積極作用。

        關(guān)鍵詞:輕量化設(shè)計;復(fù)合材料;設(shè)計應(yīng)用

        0.引言

        汽車輕量化設(shè)計工作的開展過程中,相關(guān)設(shè)計人員要能從材料的運用角度出發(fā),材料的選用和實現(xiàn)輕量化設(shè)計目標(biāo)有著緊密的聯(lián)系,只有從優(yōu)化的角度出發(fā),選擇合適的復(fù)合材料,才能有助于提升設(shè)計質(zhì)量。

        1.汽車輕量化設(shè)計的優(yōu)勢以及設(shè)計途徑

        1.1汽車輕量化設(shè)計的優(yōu)勢體現(xiàn)

        建立生態(tài)文明的社會,這就需要從各個領(lǐng)域方面加強重視,汽車行業(yè)的發(fā)展對生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的影響比較大,為能促進(jìn)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,滿足生態(tài)文明社會發(fā)展的需求,這就需要注重在生態(tài)化設(shè)計方面加強重視[1]。為能最大程度節(jié)能減排,符合生態(tài)環(huán)保發(fā)展的要求,這就要求在汽車的設(shè)計上能實現(xiàn)輕量化的目標(biāo)要求,設(shè)計中降低設(shè)備質(zhì)量以及保障整體安全性能,這樣就能改善汽車行駛性能,從整體上促進(jìn)汽車的設(shè)計質(zhì)量提升。

        1.2汽車輕量化設(shè)計的途徑

        從汽車輕量化設(shè)計的目標(biāo)實現(xiàn)來看,主要在結(jié)構(gòu)、材料以及工藝的輕量化設(shè)計是要點,從這三個層面實現(xiàn)輕量化的設(shè)計目標(biāo)。從以下幾點要加強重視:

        ①結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計。汽車是多樣結(jié)構(gòu)組成的,在結(jié)構(gòu)的設(shè)計中進(jìn)行優(yōu)化,這就能有助于減輕其重量,實現(xiàn)輕量化設(shè)計目標(biāo)。結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計中就需要對計算機輔助技術(shù)加以科學(xué)運用,通過矢量化軟件的運用,從虛擬環(huán)境中來對汽車幾何構(gòu)造加以設(shè)計,保障設(shè)計的精確度,這樣就能為實現(xiàn)輕量化設(shè)計的目標(biāo)打下基礎(chǔ)。計算機仿真環(huán)境當(dāng)中能對汽車結(jié)構(gòu)的強度以及質(zhì)量和重量等進(jìn)行優(yōu)化,通過數(shù)據(jù)可對汽車安全性能做出合理化評估,這樣就能保障結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的整體質(zhì)量[2]。

        ②材料輕量化設(shè)計。實現(xiàn)汽車輕量化設(shè)計的目標(biāo),通過材料輕量化設(shè)計也是比較重要的,在當(dāng)前新型材料的應(yīng)用下,就能對傳統(tǒng)的汽車材料進(jìn)行替代,保障材料質(zhì)量的基礎(chǔ)上,能減少材料重量,以此實現(xiàn)輕量化設(shè)計的目標(biāo)。如碳纖維復(fù)合材料的運用,就能在保障汽車整體安全性能的基礎(chǔ)上,減輕汽車的重量,能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬件,從整體上減低其整體重量。

        ③工藝輕量化設(shè)計。激光拼焊鋼板及變截面鋼板的應(yīng)用可以滿足不同區(qū)域性能的要求? ?熱成型技術(shù)和輥壓成型的日益成熟,可以有效減少補強板的使用及材料料厚,從而實現(xiàn)輕量化。

        2.汽車輕量化設(shè)計中復(fù)合材料應(yīng)用優(yōu)勢及具體應(yīng)用

        2.1汽車輕量化設(shè)計中復(fù)合材料應(yīng)用優(yōu)勢

        為能減少汽車的重量,這就需要在設(shè)計過程中對汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,以及注重對材料科學(xué)選擇,從而達(dá)到輕量化設(shè)計的目標(biāo),材料科學(xué)近些年的發(fā)展比較迅速,一些新型的材料在汽車領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用,其中復(fù)合材料的應(yīng)用比較重要。所謂復(fù)合材料是兩種或以上的化學(xué)物質(zhì)以及物理特性物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合組成的材料。復(fù)合材料的性能要比組成材料性能良好,所以復(fù)合材料在汽車輕量化設(shè)計中應(yīng)用就能保障質(zhì)量[3]。復(fù)合材料的重量比較輕,并且有著高強度的優(yōu)勢,汽車領(lǐng)域中應(yīng)用復(fù)合材料愈來愈廣泛。從實際復(fù)合材料應(yīng)用的優(yōu)勢能發(fā)現(xiàn),自身減重的優(yōu)勢比較突出,集成化功能也較為突出,這樣就能有助于系統(tǒng)減重,系統(tǒng)制造以及安裝維修簡化的優(yōu)勢發(fā)揮比較突出。復(fù)合材料在汽車輕量化設(shè)計中不只是能夠減輕其重量,也能達(dá)到減振降噪的良好效果,從整體上提升了復(fù)合材料應(yīng)用安全性能。

        2.2汽車輕量化設(shè)計中復(fù)合材料實際應(yīng)用

        汽車輕量化設(shè)計當(dāng)中對復(fù)合材料的應(yīng)用能起到良好的作用效果,設(shè)計中諸多環(huán)節(jié)都能應(yīng)用復(fù)合材料。從以下幾點可供參考:

        2.2.1汽車覆蓋件中復(fù)合材料應(yīng)用

        汽車覆蓋件設(shè)計中對復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)揮著比較重要作用,樹脂基復(fù)合材料和汽車覆蓋件設(shè)計相結(jié)合,就能有助于保障質(zhì)量安全的基礎(chǔ)上減少重量。樹脂基復(fù)合材料在設(shè)計以及制造方面都能發(fā)揮積極作用。這一材料有著不同的類型工藝,有對模成型,以及接觸成型和其他成型方法。生產(chǎn)工藝不同制品以及生產(chǎn)規(guī)模也不同。通過將樹脂傳遞模塑成型工藝在汽車覆蓋件設(shè)計當(dāng)中加以應(yīng)用,就能有助于提升設(shè)計質(zhì)量[4]。這一工藝的運用中,主要是把樹脂注入到閉合模具當(dāng)中浸潤,從而強化材料和固化成型的工藝,采用該工藝應(yīng)用的高性能樹脂主要有環(huán)氧樹脂以及乙烯基酯樹脂等等類型。通過樹脂傳遞成型工藝的運用,能夠達(dá)到精確以及大尺寸的應(yīng)用效果,對于汽車外形的模型要求高的可通過這一復(fù)合材料應(yīng)用,對于汽車車身板以及保險杠等應(yīng)用,能起到良好作用。

        2.2.2汽車儀表板中復(fù)合材料應(yīng)用

        汽車的組成部分比較多,其中儀表板就是比較重要的組成部分,不僅要在駕駛室裝飾作用方面加強質(zhì)量控制,儀表板的質(zhì)量控制也顯得格外重要。儀表板能為收錄機以及儀表和開關(guān)等進(jìn)行提供安裝位置的部分,結(jié)合工程塑料材料和成型工藝,有軟硬質(zhì)的類型,其中軟質(zhì)的儀表板主要是表面采用真皮和儀表板間填充發(fā)泡材料,通過金屬或者是采用塑料骨架加以固定,在高檔的汽車中比較常用。而硬質(zhì)的儀表板注塑成型的工藝,主要是對原材料一次加工進(jìn)行獲得,加工的效率比較高。近些年的一些品牌汽車的車型采用半硬質(zhì)的儀表板,其填充物主要是半硬質(zhì)發(fā)泡材料,成型工藝以及結(jié)合是和軟質(zhì)儀表板相同的,其回彈性以及緩沖和吸振能力比較突出,表面的抗疲勞磨損的性能也比較突出。

        2.2.3汽車車身碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用

        碳纖維復(fù)合材料在汽車車身設(shè)計上的應(yīng)用能起到積極作用,有助于提升車身的質(zhì)量減輕車身的重量。復(fù)合材料作為車身結(jié)構(gòu)有著良好性能,是汽車輕量化設(shè)計比較理想化的材料。碳纖維復(fù)合材料有著比較好的性能,而原材料成本以及制造的成本比較高,在早期時候主要是運用在軍工以及航空航天裝備當(dāng)中,當(dāng)前在一些車型的小批量試制當(dāng)中能得到應(yīng)用。如寶馬公司與SGL進(jìn)行合作研制了低使用成本碳纖維復(fù)合材料車身[5]。還有的電動汽車當(dāng)中復(fù)合材料和塑料進(jìn)行制造設(shè)計,能減少車身重量,提升電動汽車?yán)m(xù)航能力。汽車的輕量化設(shè)計已經(jīng)成為發(fā)展的趨勢,這對未來的汽車設(shè)計發(fā)展也有著引導(dǎo)的作用。

        3.結(jié)語

        綜上而言,汽車的設(shè)計中,輕量化設(shè)計是比較重要的方向,在通過對多類型的復(fù)合材料應(yīng)用下,這就能有助于從整體上提升輕量化設(shè)計的質(zhì)量,促進(jìn)汽車輕量化設(shè)計質(zhì)量提升。通過上文中就汽車輕量化設(shè)計的相關(guān)理論研究,就能為實際設(shè)計工作的良好開展起到積極作用。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]谷禮雙,賈晶.汽車輕量化設(shè)計與碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用[J].柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2018,15(05):12-16.

        [2]左可雷,關(guān)世偉.復(fù)合材料在汽車輕量化設(shè)計中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù),2018(05):258-260.

        [3]劉建才,曹渡,李劍,李時成,劉波,李曉青.塑料復(fù)合材料在汽車輕量化中的創(chuàng)新應(yīng)用[J].現(xiàn)代零部件,2018(12):39-42.

        [4]凌靜,王慶明.復(fù)合材料部件在汽車輕量化中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代零部件,2019(02):34-37.

        [5]馬鳴圖,魏莉霞,朱麗娟.塑料復(fù)合材料在汽車輕量化中的應(yīng)用[J].化工新型材料,2018,39(11):1-3+111.

        作者簡介:劉飛(1992.01—),男,漢族,陜西合陽人,本科學(xué)歷,漢騰汽車技術(shù)研究院,工程師,研究方向:汽車白車身骨架

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