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基于汽车前地板的碳纤维增强复合材料成型关键技术研究
| 论文题名： | 基于汽车前地板的碳纤维增强复合材料成型关键技术研究 |
| 关键词： | 成型工艺;汽车地板;数值模拟;渗透率 |
| 摘要： | 碳纤维增强树脂基复合材料以其高强度、比重小、出色的耐热性、出色的抗热冲击性、低热膨胀系数、热熔小、优秀的抗腐蚀与辐射性能，一直以来被誉为“材料的希望”。碳纤维复合材料在航空航天、桥梁、建筑、高速公路、风机叶片、体育器材、汽车零件中被应用。但是由于复合材料的制造成本高、工艺复杂，因此一直以来碳纤维复合材料并未得到非常广泛的应用，尤其在民用复合材料大型制件方面更是应用非常少。因此，研究碳纤维复合材料汽车零部件的快速成型显得尤为重要。 本课题研究了碳纤维复合材料汽车前地板成型的真空辅助成型工艺（VARI），对汽车地板成型过程中的材料性能、参数等进行了研究，并对VARI工艺进行了探索。确定了适用于前地板主板和梁 VARI成型工艺用双酚 A型树脂体系的固化工艺定为80℃/2h+110℃/2h+140℃/2h，对国产和进口 T300级平纹碳纤维进行力学性能研究，确定了适用于前地板主板和梁 VARI成型工艺用增强材料为进口T300级平纹碳纤维，并且通过测试树脂粘度与温度的关系得到了最佳的树脂注射温度为50℃。 在VARI成型工艺当中选择合适的树脂入口与树脂出口的位置也非常重要，本课题中采用数值计算模拟的方法来确定树脂的最佳注射口位置。纤维材料的渗透率是数值模拟过程当中所用到的一个非常重要的参数，本文利用达西定律的推导公式，采用单向法测定了纤维增强物的渗透率为6.2E-11m2。最后利用PAM-RTM软件模拟仿真了汽车前地板的VARI工艺充模过程，得出了较为合理的树脂入口与抽气口的位置，并且计算得出充模时间为982s，与实际充模时间820s比较接近，与传统的“试错法”相比缩短了实验周期。 完成VARI工艺制备汽车前地板主板与横梁后对制得的最终产品进行了测试，采用金相显微镜测试了前地板主板的纤维体积含量为57.4％，并且在不同位置，纤维体积含量不同；在主板平板处，纤维体积含量为61%，在主板拐角处，纤维体积含量为53%。用结构胶完成横梁和地板的胶结，对胶接完成后的前地板称重，发现梁用VARI工艺成型组装的前地板重量为13.6kg，相比于原金属前地板，重量降低了49.63%；对前地板进行刚度测试，结果表明前地板梁用VARI工艺成型的前地板的刚度与原金属前地板刚度相当；最后对制备的前地板进行装车试验，并对装车后的白车身进行了模态测试，结果表明其与原金属车身的模态频率相当，满足汽车前地板的性能要求。 |
| 作者： | 纪俊洋 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 甘学辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东华大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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