恒瑞开发轻量化汽车碳纤维A横梁

2020-6-5 14:32 591 1 来自: HRC
简介
【汽车轻量化在线】复合材料在工业制造的应用中,经历着从非承力件过渡到次承力件,最后应用到主承力件上,汽车碳纤维这种无机高性能纤维材料如是,当累积了一定数量的仿真分析、测试、实例分析等数据和经验之后,我 ...
   【汽车轻量化在线复合材料在工业制造的应用中,经历着从非承力件过渡到次承力件,最后应用到主承力件上,汽车碳纤维这种无机高性能纤维材料如是,当累积了一定数量的仿真分析、测试、实例分析等数据和经验之后,我们对材料的应用也能够进一步做到适合二字。今天介绍的HRC明星产品是一款汽车碳纤维A横梁,它是汽车车身结构件,也常称为顶盖前横梁,我们先来看看它在车身上的位置。
汽车碳纤维
汽车碳纤维
A横梁在车身上的位置
 
       汽车碳纤维A横梁总成装配于车身挡风玻璃上部,是车身顶部结构的第一根横梁,其后与顶盖相连,它的功能有安装顶灯、固定及支撑挡风玻璃、提供顶棚的安装、 提供遮阳板的安装、提供前顶灯的安装、提供线束的安装。 A横梁结构最主要的性能是当汽车车身在发生侧面碰撞时有良好的传力和足够的车身强度,保证驾驶舱和乘客舱的安全。
汽车碳纤维
特斯拉Model 3的侧面碰撞车身传力路径示意图
图片来源:htTPS://www.sohu.com/a/365367346_560178
 
        常见的与顶盖连接的横梁结构有A横梁(顶盖前横梁)、顶盖中横梁、顶盖后横梁, 由于金属材料优异的拉延性能,现在大部分车型所装配的横梁件多以钣金冲压件为主。
汽车碳纤维
顶盖前横梁冲压件
图片来源:http://www.hbsaige.com/qichechongyajian/582.html#tiao

车顶盖中横梁总成冲压件
图片来源:http://www.sylaijin.com/index.php?ac=article&at=list&tid=132
汽车碳纤维
顶盖前横梁冲压金属模具
图片来源:http://www.xiaoyatooling.com/product/12902.html
 
        对车体及部件进行轻量化设计,主要从两个方向来进行:结构设计和材料替代。对于传统金属件,运用有限元法进行弯曲、扭转刚度计算和模态数值分析,优化结构设计,可以达到一定的减重成果,但由于其本身的材料限制,要保证车身的承载安全,导致最终的减重比例有限。
汽车碳纤维
进行镂空设计的轻量化金属横梁结构
 
        对比金属材料,汽车碳纤维材料重量轻,比强度及比刚度高。下表给出正交铺层(Cross-Ply) 纤维复合材料跟常规材料力学性能的比较。可以看出在模量和强度方面传统碳钢表现都非常好,但密度大严重影响轻量化应用。6系铝的模量和强度小于碳钢,但其密度较小。而树脂基汽车碳纤维模量高于铝合金,强度通过设计可达到高强钢水平,远远高于铝合金,在性能和轻量化两方面优势都非常明显。
 
汽车碳纤维
 
        HRC研发制造的汽车碳纤维A横梁具有三明治结构:上板、金属件(中部)、下板,上板与下板均为CFRP(汽车碳纤维增强复合材料)材质,上下板与金属件以胶接的方式连接。
 
汽车碳纤维
HRC明星产品——碳纤维A横梁
汽车碳纤维
汽车碳纤维
汽车碳纤维A横梁的三明治结构
汽车碳纤维A横梁具备的优点有:
1 与原有结构相比重量减轻20%-30%
2 产品刚度提高20%
3 提高整车装配性能
4 碳纤维产品轴向强度和模量高,密度低、比性能高,无蠕变,非氧化环境下耐超高温,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小且具有各向异性,耐腐蚀性好。


参考资料:
1. 段瑛涛,张肖肖等. 编织复合材料顶盖中横梁结构设计及性能验证【J】.汽车工艺与材料,2019(1):51-55
2. 冯港,杨记等. 车身顶盖横梁的轻量化结构设计与优化【J】.Automobile PArts, 2016(09):41-43
3. 特斯拉MODEL 3碰撞安全结构设计解析https://www.sohu.com/a/365367346_560178

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