铝/碳纤维复合材料保险杠轻量化设计

对保险杠进行轻量化设计,并保证碰撞安全性,用铝/碳纤维复合材料替换原保险杠防撞梁钢质材料。分别对保险杠各部分厚度及碳纤维铺层角度进行了设计,确定了铝合金和碳纤维的厚度,探讨了铝合金和碳纤维板的厚度对碰撞性能的影响,通过采用对碳纤维铺层角度优化的方法提高碰撞安全性。通过拉丁超立方采样得到的试验样本,用移动最小二乘法建立近似模型并验证其精度,利用多目标遗传算法对近似模型寻优,确定了碳纤维最佳铺层角度,得到优化后铝/碳纤维复合材料保险杠防撞梁。与原钢质材料的保险杠相比,优化后铝/碳纤维复合材料保险杠质量减轻了36.497%,且满足碰撞安全性要求。     

基于碰撞安全性的保险杠横梁轻量化设计与优化

提出了基于耐撞性能和行人保护性能的保险杠横梁轻量化设计要求,以某量产车型的保险杠系统为研究对象,对保险杠横梁进行轻量化设计。以质量最小为优化目标,采用中心复合试验设计和自适应响应面法对所设计的铝合金保险杠横梁壁厚进行了试验仿真优化。研究结果表明:所设计的铝合金横梁与原钢制横梁相比,在显著轻量化的同时有效提高了耐撞性能和行人保护性能。     

汽车复合材料中顶横梁轻量化设计

采用碳纤维增强热固性复合材料(Carbon Fiber Reinforced Thermosetting Composite,CFRTC)替代原铝合金材料,对某新能源汽车中顶横梁进行轻量化设计.基于CFRTC的成型特点,将中顶横梁的横截面设计为"M"型,兼顾性能要求和轻量化效果,优化截面尺寸;结合装配关系和成型工艺,确...     

轻量化技术和材料在汽车工程中的应用

汽车轻量化技术是实现汽车节能减排、提高性能的关键技术之一。文中从轻量化设计、轻量化材料和轻量化工艺3个方面介绍了汽车结构轻量化技术的主要内容和实现方法,重点对高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料进行了介绍。     

基于LS-DYNA的7075铝合金汽车保险杠碰撞仿真分析

为了使汽车轻量化,将7075铝合金应用于汽车保险杠系统中。通过有限元软件LS-DYNA对不同厚度保险杠模型的低速对中碰撞进行仿真分析,选用2.5 mm厚加强板和2.0 mm厚齿状横梁,相比原钢质保险杠质量下降20.5%。最后对所选保险杠进行对中碰撞仿真分析。结果显示该保险杠不仅质轻,而且吸能充分,满足碰撞安全要求。     

复合材料汽车车轮的强度分析与铺层设计

为了给复合材料汽车车轮的设计提供参考依据,根据复合材料力学理论,计算得到碳纤维-环氧(T300/5208)的性能参数,设计复合材料汽车车轮的铺层结构.根据汽车车轮弯曲疲劳实验数据建立该种车轮的有限元模型.通过有限元仿真分析得出最大应力和位移.还用有限元方法对结构相同的铝合金汽车车轮进行分析,并与复合材料车轮进行对比.在工作应力水平近似相等时,复合材料车轮的重量比铝合金车轮的重量小40.74%.在上述条件下,由于复合讨料的极限应力比铝合金的大,显然其强度比铝合金的高.     

吸能式汽车保险杠轻量化设计分析

在汽车保险杠原始结构的基础上,进行了轻量化设计.利用ANSYS/LS-DYNA软件对原始保险杠及其轻量化结构在低速碰撞过程中的动力响应特性进行了数值仿真,结果表明：原始保险杠在低速碰撞条件下应力分布不均匀,而加强筋保险杠和波浪加强板形保险杠耐撞性、能量吸收性更好,其应力分布较均匀,并且波浪加强板形保险杠性能优于加强筋保险杠.     

钢铝双帽型保险杠横梁多目标优化

为了保证保险杠横梁优良的碰撞性能,并使其质量更小和结构简单,研究了一种钢铝双帽型保险杠横梁.使用LS-DYNA软件对保险杠横梁进行摆锤正面冲击数值模拟,经对比发现,钢铝双材横梁相比相同结构单一材料的横梁在正面碰撞中显示出良好的平衡性和碰撞性能;使用控制变量法研究发现,横梁前后帽的厚度和法兰的位置对其碰撞性能有显著影响;...     

电动车轻量化复合材料车身骨架多尺度分析

复合材料由于其微观结构的非均匀性以及复杂的力学特性,使得其零部件设计难度大大增加。采用多尺度分析的方法,根据T300/Epoxy斜纹机织复合材料细观几何参数,建立其单胞几何模型,引入周期性边界条件对单胞结构进行有限元分析,进而预测复合材料层合板三维弹性性能参数,并通过力学试验证明试验结果和预测结果较为接近;利用LS-Dyna中的MAT_54建立复合材料渐进失效模型,通过三点弯曲试验结果调整模型参数,最终得到的复合材料渐进失效模型仿真结果与试验结果一致;将调整好的复合材料渐进失效模型应用到电动车复合材料车身骨架轻量化设计中,对复合材料骨架进行顶压仿真以及柱碰仿真分析。分析结果表明,复合材料车身骨架设计符合法规要求,与铝合金骨架相比,在重量减轻59%的同时表现出更好的耐撞性能。     

轻量化材料及成形技术在汽车车身上的应用

为了适应严格的环保要求,实现汽车的燃油经济性,减少汽车尾气污染,轻量化材料在汽车车身上的应用越来越广泛。因此,概述超高强钢、铝合金和碳纤维复合材料,简述超高强钢热冲压成形技术、铝合金温热成形技术和碳纤维复合材料RTM成形技术的工作原理,介绍了轻量化材料在汽车车身上的研究及应用现状。     

浅谈铝合金材料在未来汽车轻量化中的应用与发展

随着汽车轻量化的发展趋势,铝合金材料作为轻质金属材料扮演着越来越重要的角色,介绍了铝及铝合金材料的优异性能,以及铝合金材料在汽车工业上的应用,并对其未来在汽车轻量化中的发展方向进行了探讨。     

碳纤维复合材料低速冲击特性及损伤分析研究

针对碳纤维复合材料汽车保险杠的低速耐冲击性能问题,利用真空辅助树脂扩散成型工艺制备了不同铺层比例与铺层顺序的碳纤维复合材料试样,对其进行了简支梁低速冲击性能试验,根据低速冲击响应特性曲线及损伤模式探究了复合材料能量吸收机理;同时基于ABAQUS/Explicit对典型铺层试样建立了简支梁冲击仿真模型,利用Hashin失效准则进行失效判断,研究了低速冲击响应应力变化及损伤过程并将模拟结果与实验值进行了比较。研究结果表明:碳纤维复合材料简支梁低速冲击主要损伤模式为纤维断裂,通过增加(0,90)铺层能够提高接触力载荷与冲击韧性强度,通过在试样冲击表面铺设(±45)铺层能够缓解结构剧烈破坏。峰值载荷误差为5.1%,峰值位移误差为3.2%,证明了模型的有效性,为碳纤维复合材料保险杠提供了设计基础。     

铝蜂窝复合材料客车底板性能研究及应用

铝蜂窝复合材料作为一种新型材料,具有轻质高强的结构。对铝蜂窝复合材料的平拉性能、压缩性能、剥离强度等基本力学特性进行试验研究,试验结果表明:铝蜂窝客车底板具有比其他客车底板材料更好的力学性能。基于模态分析理论,对系统的模态参数和物理参数进行分析;并将铝蜂窝的动弹性模量和三点弯曲法的静弹性模量进行对比分析,结果表明:动弹性模量普遍大于静弹性模量,可以用动弹性模量作为铝蜂窝复合材料的一种考核指标。并对铝蜂窝复合材料客车底板进行结构设计,说明铝蜂窝客车底板安装的可行性。     

基于轻量化与强度的短纤维复合材料蜂窝三明治板结构多目标优化设计

蜂窝三明治板在结构轻量化中得到了广泛应用,采用具有良好材料性能的短纤维复合材料替换铝蜂窝,能进一步满足轻量化需求.为了短纤维复合材料更好地应用,针对增大蜂窝三明治板抗拉强度要求,提出了一种增大面板与蜂窝粘接面积的结构设计方案.在有限元软件ABAQUS中建立了考虑损伤退化的短纤维复合材料蜂窝三明治板有限元计算模型,验证了设计方案的可行性.为了兼顾力学性能和减重要求,采用基于代理模型和多岛遗传算法的优化方法对蜂窝结构参数进行了多目标优化.分析结果表明,所建立的精细化有限元模型能够模拟三明治板的性能突降行为,基于代理模型高效准确的优化流程,优化后三明治板的面密度相比于优化前降低了30％,强度满足要求.     

基于轻量化与强度的短纤维复合材料蜂窝三明治板结构多目标优化设计

蜂窝三明治板在结构轻量化中得到了广泛应用,采用具有良好材料性能的短纤维复合材料替换铝蜂窝,能进一步满足轻量化需求.为了短纤维复合材料更好地应用,针对增大蜂窝三明治板抗拉强度要求,提出了一种增大面板与蜂窝粘接面积的结构设计方案.在有限元软件ABAQUS中建立了考虑损伤退化的短纤维复合材料蜂窝三明治板有限元计算模型,验证了设计方案的可行性.为了兼顾力学性能和减重要求,采用基于代理模型和多岛遗传算法的优化方法对蜂窝结构参数进行了多目标优化.分析结果表明,所建立的精细化有限元模型能够模拟三明治板的性能突降行为,基于代理模型高效准确的优化流程,优化后三明治板的面密度相比于优化前降低了30％,强度满足要求.     

推臂用碳纤维复合材料性能分析与工艺研究

为探索机载弹射发射装置轻量化的有效途径,以发射装置典型结构推臂为研究对象,对碳纤维复合材料应用于该结构的可行性进行了综合论证。利用有限元方法优化结构设计并对结构失效部位进行了预测,通过系列静载试验确认了材料缺陷区及工字梁过渡区为结构薄弱部位,制定了推臂用碳纤维复合材料的工艺改进方案,并通过了极限工况考核。改进工艺后的碳纤维复合材料,其性能满足推臂结构设计要求,与铝合金相比,可实现减重1/3,为该材料在机载弹射发射装置上的推广应用提供了理论指导和试验依据。     

一种飞机着陆灯的结构设计及其机械特性分析

碳纤维复合材料具有高比模量、高比强度、耐腐蚀和可设计性等突出特性,已应用在众多领域,同时随着飞机设计向轻量化方向发展,采用碳纤维复合材料代替铝合金材料已成为主要研究方向。设计了一种典型的飞机着陆灯,并通过有限元仿真分析对比了铝合金材料和碳纤维复合材料的机械特性,优化了机械结构。仿真结果表明,使用碳纤维材料可以减轻着陆灯重量,减少应力和变形,优化后的壳体和基体重量分别降低了15%和17%。因此用碳纤维复合材料替代铝合金来解决飞机着陆灯在使用和维护时存在的问题,是一个有效技术途径。     

车身顶盖横梁的轻量化结构设计与优化

为了实现汽车车身结构的轻量化,针对国内某款SUV车身顶盖横梁,设计了几何图形排列镂空结构横梁。利用Opti Struct拓扑优化确定顶盖横梁镂空的位置;基于ANSA软件的MORPH模块,对顶盖横梁的镂空结构进行优化;并对比分析了原设计横梁和镂空结构横梁的白车身刚度、模态性能。结果表明:这种几何图形排列镂空结构的设计和工艺是可行的,其性能十分接近于原设计件,并且与原设计零件相比质量降低了8.6%。     

碳纤维复合材料自行车车架轻量化设计

文中考虑到碳纤维增强复合材料轻质高强的特点,利用灰色关联分析方法对碳纤维增强复合材料自行车车架开展铺层优化设计。通过材料力学性能试验获得碳纤维增强复合材料力学性能参数,并建立碳纤维增强复合材料自行车车架有限元模型,结合正交试验设计与灰色关联分析法,综合考虑自行车车架的质量、模态频率、强度和刚度等性能指标,对碳纤维增强复合材料自行车车架进行铺层厚度和角度优化设计。优化后,与原钢质自行车车架相比,在满足性能要求的前提下,CFRP自行车车架减重78.85%,取得了较好的轻量化效果。     

铝蜂窝填充CFRP结构的侧向压缩性能研究

采用准静态侧向压缩试验和有限元仿真相结合的方法,对铝蜂窝填充碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)结构的侧向压缩性能和破坏机理开展了研究。试验发现,在稳定破坏模式下,相对CFRP空管,铝蜂窝填充管件的平均峰值载荷、吸收能量和比吸能率分别提高251.6%,656.3%和400.0%,并且破坏过程也更加稳定。此外,采用Ls-dyna软件对铝蜂窝填充CFRP管件的破坏过程进行了仿真,发现铝蜂窝填充可以有效抵抗管壁变形,并且获得了与试验较吻合的破坏过程和力-位移曲线。研究表明,利用轻质铝蜂窝结构填充CFRP管件,能有效改善CFRP结构的侧向压缩性能和吸能性能。