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碳纤维复合材料汽车覆盖件结构设计与成型技术研究
| 论文题名： | 碳纤维复合材料汽车覆盖件结构设计与成型技术研究 |
| 关键词： | 翼子板;碳纤维复合材料;结构设计;正交接头;整体化成型 |
| 摘要： | 轻量化材料技术已成为汽车产业实现节能与减排的有效途径，碳纤维复合材料优异的综合性能使其在汽车轻量化中具有广阔的应用前景。然而，目前有关碳纤维复合材料汽车覆盖件的研究基本都是照搬传统汽车钣金件结构，未考虑碳纤维复合材料的材料特性与制造工艺特殊性，导致结构性能差、连接接头易于失效、结构效率低等问题。因此，研究碳纤维复合材料汽车覆盖件的整体化结构设计与成型技术方法，对于碳纤维复合材料在汽车上的应用具有重要的科学意义与实践价值。本文以翼子板作为研究对象，采用有限元模拟与性能试验、热压罐共固化成型等手段，进行碳纤维复合材料翼子板整体化结构设计与成型技术研究，开发碳纤维复合材料翼子板整体化设计与制造方法。研究成果可为碳纤维复合材料汽车覆盖件的高效开发提供指导。本文的主要研究内容如下： 采用有限元方法，研究铺层为(0°/90°)13的AK-42/YPH-42T平纹复合材料翼子板与DX54D镀锌钢翼子板的抗凹性、刚度、模态等性能变化规律。以钢制翼子板的性能参数作为约束条件，将复合材料翼子板的铺层厚度作为设计变量，建立基于Kriging近似模型和遗传算法的优化模型。结果表明，优化后复合材料翼子板较原钢制翼子板减重70%且性能满足约束条件要求。 建立基于内聚力接触的AK-42/YPH-42T单向复合材料T型接头和L型渐进失效有限元模型，建立高速摄像分层监控性能试验平台，研究接头在承受拉伸载荷和弯曲载荷下的应力分布、失效模式和承载能力等规律。结果表明，有限元模型和性能试验的结果较为一致；T型接头较L型接头最大拉伸载荷高70.3%以上， T型接头较L型接头（+x）的弯曲失效载荷高25%以上；L型接头（-x）较T型接头的弯曲失效载荷约高131%。 基于热压罐共固化工艺方法，设计与制造翼子板整体化成型所需要的组合模具，采用两种固化方案进行碳纤维复合材料翼子板的整体化成型，分析不同固化方案对成型缺陷的影响规律。结果表明，采用延长保温、保压时间的固化工艺方案能保证基体树脂的完全固化成型，局部压力分布不均匀易于导致树脂流动不均匀，引起褶皱缺陷的出现。 采用三维蓝光扫描仪测试整体化成型后碳纤维复合材料翼子板的形状精度，结合模态振型分析翼子板的结构特征对固化变形的影响规律。结果表明，整体化成型的CFRP翼子板93%区域的形状精度在±0.75mm内；CFRP翼子板刚度薄弱部位将在热压罐成型后引起更大的固化变形。 |
| 作者： | 杨龙 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 宋燕利 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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