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。     

某轿车副车架轻量化

为满足副车架轻量化要求,同时保证副车架的动、静态性能,采用碳纤维材料替换原钢质材料的方式。对轿车原副车架进行静力分析及模态分析,在保证碳纤维车架动、静态性能的条件下,对碳纤维材料铺层角度及各层厚度进行优化,并将碳纤维车架与原车架静力分析结果进行对比。结果表明:碳纤维副车架模型的静、动态性能达到了设计要求,质量减轻了89.15%,轻量化效果明显。     

液压缸CFRP缸筒结构开发及其强度理论研究

轻量化是液压缸发展的一个重要趋势,而高强度低密度新材料的开发应用是液压缸轻量化的主要方式之一,鉴于此,提出一种金属内衬式碳纤维增强树脂（CFRP）液压缸缸筒。建立了CFRP缸筒的力学模型,在复合材料层合板理论的基础上导出了CFRP缸筒的强度理论。利用ABAQUS有限元软件进行应力分析,并结合强度失效准则进行强度校核,结果显示CFRP缸筒的金属内衬和缠绕层均满足强度要求;同时,CFRP缸筒的重量比纯金属缸筒减轻了45.8%,使液压缸达到了轻量化效果,初步证明了CFRP作为液压缸轻量化材料的可行性。     

混杂纤维复合材料汽车引擎盖结构优化设计

以某款汽车引擎盖为例,用碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料替换金属材料,基于Opti Struct软件的复合材料优化技术,提出了多阶段联合优化设计的方法。在概念设计阶段,通过拓扑优化确定复合材料的总体分布;在详细设计阶段,通过尺寸优化确定复合材料每种形状铺层块的具体厚度;在工艺设计阶段,通过铺层顺序优化确定最佳的铺层顺序。优化结果表明,原钢制汽车引擎盖质量为13.39 kg,在满足各种力学性能和制造工艺要求的前提下,经过多阶段联合优化设计后,复合材料汽车引擎盖质量为5.36 kg,质量减少了60%。     

不同铺层方式的复合材料层合板弯曲性能的研究

以碳纤维缠绕电动节能车车架为研究对象,采用有限元分析和力学试验对比的方式研究碳纤维铺层角及铺层层数对碳纤维复合材料层合板弯曲性能的影响。以层合板铺层角度、铺层层数为变量设置试验对比组,在ANSYS Composite Prep/Post复合材料分析模块中创建层合板的有限元模型研究层合板在承受弯曲载荷时的抗弯表现。结合弯曲试验结果,分析不同铺层方式对碳纤维复合材料层合板弯曲性能的影响。结果表明:在铺设一定数量的±45°铺层的基础上,增加0°/90°正交铺层可提高层合板的静承载强度;增加铺层层数,可提高层合板的弯曲强度。     

复合材料地铁车车头外罩铺层优化设计

为了充分发挥复合材料轻量化的潜能,基于OptiStruct复合材料优化技术对某地铁车车头外罩进行铺层优化设计,实现了车头外罩的轻量化。首先,以全碳纤维、玻碳层间混杂和玻碳夹芯混杂3种铺层方式作为备选方案,对复合材料车头外罩进行等代设计,初步确定最优的铺层方案;其次,针对复合材料的可设计性,分别以柔度、质量和铺层顺序为目标函数对该最优铺层方案进一步进行自由尺寸优化、尺寸优化以及铺层顺序优化,最终获得了车头外罩最佳的铺层厚度和铺层顺序。研究结果表明:在满足车头外罩刚度和复合材料应变的设计要求下,优化后的复合材料车头外罩与等代设计阶段相比质量减轻了23. 6%,与原玻璃纤维车头外罩相比质量减轻了33. 6%,轻量化效果明显。     

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。     

三明治复合材料机械结构分析

轻量化与高刚度一直是结构设计的研究热点,对钢材与碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)三明治机械结构进行研究,通过对同体积三明治复合结构板(45-CFRP-45)及金属板(45钢)进行有限元分析及弯曲试验,结果表明三明治复合结构的刚度高于传统金属结构的刚度。基于三明治复合结构的刚度好、质量轻的特点,以小型复合加工机床横梁为原模型,建立CFRP三明治复合材料结构横梁。根据原横梁的分析结果,利用有限元软件中多目标遗传算法(MOGA)对CFRP三明治复合材料结构横梁进行优化。最后对优化后的CFRP三明治复合材料结构横梁进行验证。研究结果表明CFRP三明治复合材料结构在保证轻量化的前提下,能够提高机械结构的静态与动态性能。     

真空挖掘抽吸车CFRP叶轮的轻量化研究

碳纤维复合材料(CFRP)具有强度高、比重小等优点,在结构轻量化上有着广泛的应用。以某型离心风机叶轮轻量化为目标,设计了两种碳纤维复合材料叶轮的轻量化方案。通过使用CAE分析软件Abaqus,对比典型工况下金属叶轮和碳纤维轻量化叶轮的结构强度,并继续优化碳纤维叶轮结构,最终设计出合理的叶轮结构。使用Tsai-Wu强度理论对碳纤维复合材料叶轮进行了强度校核。分析结果表明:碳纤维轻量化叶轮能够满足设计要求,且较之金属叶轮,两种方案下的轻量化叶轮减重比分别为72.23%和44.60%。     

碳纤维复合材料汽车引擎盖的设计

树脂基碳纤维复合材料具有比强度和比刚度高、密度小、耐高温、耐腐蚀等优良性能.将其应用于汽车引擎盖,在保证刚度等力学性能要求的前提下,能够有效地减轻重量,实现汽车轻量化的目的.文中选择了合适的铺层顺序和铺层角度[90°/45°/0°/-45°/90°],优化了铺层方案,满足了汽车引擎盖的性能要求.从结构方面对碳纤维复合材料汽车引擎盖进行分析,指出其优势和不足,对包括引擎盖在内的汽车覆盖件的设计具有积极的参考意义.     

碳纤维增强复合材料钻削在不同切削方向角下的孔壁质量分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)是航空、航天和汽车等领域使用较为广泛的1种新型材料。其具有各向异性、非均匀性的特点,是1种典型的难加工材料。CFRP材料的层间结合强度远远低于拉伸强度,这一特点导致刀具在切削CFRP材料时经常会出现毛刺、分层、劈裂等缺陷。而碳纤维增强复合材料在钻削过程中会由于切削方向角的变化会出现加工质量不一致的情况,这对于材料制造的可靠性与稳定性具有巨大的挑战。文中主要从碳纤维增强复合材料钻削过程中的切削力、孔壁形貌与表面粗糙度等方面出发,分析不同切削方向角下的断裂机理,研究其表面质量的分布规律。     

碳纤维复合材料无人机机身铺层优化设计

本文以机身质量最小为优化目标,对碳纤维复合材料六旋翼无人机机身进行了三阶段非均匀铺层优化设计。研究中以空中悬停急速上升为分析工况,首先通过自由尺寸优化获得碳纤维复合材料每个纤维方向铺层的厚度分布;然后通过尺寸优化获得每个纤维方向铺层层数;最后通过铺层顺序优化获得铺层优化方案;最后优化结果与均匀铺层的无人机身性能进行了对比。研究表明本文提出的方法可有效实现无人机机身的轻量化,在满足刚度、强度和工艺性能要求的前提下,无人机机身重量比均匀铺层的机身方案重量减少了50%。     

天线反射面的冲击变形仿真

树脂基碳纤维复合材料（CFRP）产品具有轻质、高强度、高刚度等特点.文中从刚度设计的角度出发,对碳纤维复合材料天线反射面进行铺层设计,利用有限元分析软件ANSYS对其冲击变形仿真,结果表明所有铺层方式均满足设计要求,但实际铺层时应考虑采取变形最小的准各向同性铺层[90/45/9/-45/-A]s.     

面向功率和制孔质量的CFRP钻削工艺参数多目标优化方法

航空、航天等高端制造领域碳纤维增强复合材料(CFRP)使用比例大幅增长,CFRP构件大规模生产已经展开,虽可降低CFRP成本,但所面临的降耗减排与质量提升等问题也会日渐突出。为提高CFRP构件质量,同时降低加工过程中的能源消耗和碳排放,开展针对CFRP构件钻削工艺加工参数的多目标优化研究。首先,确定以主轴转速、进给速度和复材层铺顺序为优化变量,以钻削过程钻削功率和CFRP构件孔口处分层因子为目标的多目标优化模型;然后,通过全因子实验,利用仪器采集钻削功率和分层因子数据;进而,基于响应曲面法,分析各加工参数对钻削功率和分层因子的影响;最后,再利用多项式拟合和NSGA-Ⅱ算法对多目标模型进行优化求解。研究结果表明：构建的多目标优化模型和提出的优化方法能够获得最优参数组合,优化结果可显著提高加工质量和钻削功率。     

基于制孔质量的CFRP/Al叠层钻扩工艺余量的分配

碳纤维/聚合物基复合材料(即碳纤维增强树脂基复合材料CFRP)是目前被广泛应用的新型材料。该材料具有各向异性的特点,在加工过程中常常出现纤维拔出、内部脱粘和分层等现象,降低加工质量和疲劳强度。本文从CFRP/Al叠层材料钻削的制孔质量出发,提出CFRP分层临界轴向力与Al出口极限毛刺高度的评判标准,并对CFRP/Al叠层钻扩铰工艺中的余量进行分配与优化。     

卡车车架质量和工艺研究

卡车车架是整个卡车的脊梁,由于普通卡车属于非承载式结构,所有承荷载均需车架来承担,车架的重要性不言而喻。车架质量提升一直是汽车制造商研究的重点,具体内容包括车架强度提升、铆接质量提升和防腐能力提升等。根据车架生产工艺对质量的影响,对车架制造和配套工艺进行分析说明,为类似的卡车车架设计制造提供参考依据。     

树脂基碳纤维复合材料栅格天线反射面制造技术

介绍了树脂基碳纤维复合材料(CFRP)栅格天线反射面的制造技术.纤维采用日本东丽公司的T700,基体为3234树脂体系,采用球墨铸铁制造模具,真空袋热压罐成型工艺.通过认真的工艺研究,突破了模具设计与制造、铺层设计、成型工艺等关键技术,制造的栅格天线反射面栅格条宽度和厚度均匀,外表光洁,型面精度高,满足了设计要求.     

基于刚度分析的某商用车车架结构优化

刚度作为车架最基本的特性,其不足会直接影响非承载式车身的被动安全性能、NVH性能、舒适性能等,因此在某商用车车架的开发过程中,主要针对刚度对车架进行结构优化。首先进行CATIA建模,并运用Hypermesh对车架进行刚度分析,根据车架设计规范,排查出不符合刚度要求的部件。结构优化使之满足设计规范要求后,对优化后的车架再次进行有限元分析,并在车架上安装传感器进行台架试验。结果表明,优化后的车架仿真、试验结果误差不超过10%,达到了车架刚度要求,验证了其准确性。     

航空碳纤维复合材料制孔刀具研究

碳纤维复合材料(CFRP)结构件的制孔过程中普遍存在着分层、劈裂和毛刺等缺陷。针对这些问题,在CFRP系列化刀具的开发和应用中通过试验对刀具性能进行评价,为刀具的优化应用提供合理的切削参数范围。     

基于刚度与模态分析的客车结构轻量化研究

利用有限元法分析了某半承载式客车车身骨架的刚度与模态.在此基础上,重点以整车状态下的车架为研究对象,进行灵敏度分析,通过选择有效的设计变量,在满足刚度和模态性能的条件下,以整车质量最小为目标函数进行了尺寸优化.最后通过对后排五人座椅处结构的调整,优化了该局部的受力模式,进一步减少了该处的下沉量,得到了符合设计要求的改进方案.