碳纤维复合材料汽车B柱中部支撑板设计与分析

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【汽车轻量化在线】摘 要：通过对碳纤维复合材料（CFRP）结构设计及流程进行了简单论述，以汽车 B柱中部支撑板为研究对象进行碳纤维零部件优化设计，并对其进行零部件级仿真分析和整车侧面碰撞性能分析。综合对比所有分析工况结果和金属中部支撑板重量减重55%情况，碳纤维复合材料轻量化设计方案的B柱中部支撑板达到了最佳的减重指标。

关键字：碳纤维复合材料；B柱中部支撑板；设计与分析

引言

当前汽车行业面临的挑战是，汽车产量与保有量的不断增加加剧了能源、环境、安全等方面的问题。因此开发制造节能、环保的汽车是各企业发展的主要方向，但就当前技术而言，采用汽车轻量化技术是实现降低油耗和减少排放的最有效措施之一。汽车轻量化作为有效的节能和环保的有效措施，在近十年来成为汽车行业大力发展的趋势。

汽车轻量化的一种重要技术路径就是应用新工艺和新技术的新型复合材料，其以高强度、低密度的碳纤维增强复合材料替代金属在轻量化上有极大的优势。碳纤维复合材料除保留原有的材料特性外，通过设计可以使各组分材料彼此关联，性能互补，获得综合性能具有单一材料难以比拟的优异性能。碳纤维复合材料具有轻质高强、可设计、抗疲劳和损伤、耐腐蚀、整体成型、结构和功能一体化、减振性好、热膨胀系数小等优点，作为节能和新能源汽车领域的重要发展方向。

1 CFRP结构设计流程

碳纤维复合材料结构设计是一项需要考虑原材料组分的性能和质量、原组分材料的比例和复合工艺、复合材料界面粘接和处理等众多性能和质量因素的设计工作。经过这几年的在汽车行业的推广，碳纤维复合材料设计使用方法主要为一般设计法和等代设计法。其中等代设计法是以原材料的结构件定位设计目标，保持原设计基本变量不变，根据需要选择替换的碳纤维复合材料，适当修改结构参数，增加或减少构件，达到目标效果。在复合材料结构方案设计过程中，等代设计通常按照等刚度原则进行产品设计，然后在通过强度验证。通常，碳纤维复合材料产品开发结构设计流程为：

图1 碳纤维结构设计流程图

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来源：期刊-《汽车实用技术》；作者：陈伟，朱小镇；单位：（众泰汽车工程研究院，浙江 杭州 310018）

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