【摘 要】
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随着汽车营销量与保有量的激增,能源与自然环境都将受到严峻的考验,节能与环保将是未来汽车必须要逐步解决的问题,汽车轻量化是节能与环保避不开的关键点,因此汽车轻量化将是
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随着汽车营销量与保有量的激增,能源与自然环境都将受到严峻的考验,节能与环保将是未来汽车必须要逐步解决的问题,汽车轻量化是节能与环保避不开的关键点,因此汽车轻量化将是汽车领域的一个永恒的主题。CFRP技术的发展始于航空航天,正在逐步转向民用,未来必然会广泛应用,在车身结构上使用CFRP材料来代替传统的钢材也可能是未来的一个趋势,目前已经有了大量的实践。但是目前如果使用CFRP来代替传统钢材可能会导致成本增加过大,使产品在市场上缺乏竞争力,其各向异性性能也为设计带来了难度。本文旨在对使用CFRP来代替或者增强传统钢结构的关键零部件——B柱,量化使用CFRP之后B柱的性能提升,以及对比在不同位置使用CFRP增强的效果有何差异。本文首先进行了纤维复合材料及连接方式的理论知识介绍,使用简单的数学模型来描述纤维增强复合材料的力学特性及其特点和胶粘连接方法,为后文的复合材料B柱设计提供了思路。其次对汽车B柱在极限工况下的受力情况进行分析,包括了汽车的垂向动力学以及静力学的分析、纵向受力以及横向受力的几种极限工况,总结了B柱的性能需求。最后使用有限元仿真的方法对钢、纯碳纤维复材、碳纤维增强外板、碳纤维增强内板四种方案进行拉伸、悬臂弯曲和固支弯曲这三种加载的刚度和强度的仿真,根据仿真结果的对比,说明了各种方案的轻量化效果,结果显示纯碳纤维B柱相对于钢材B柱轻量化效果超过50%,利用单位质量性能的对比证明了使用碳纤维加强外板要比加强内板的轻量化效果要更加显著。
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