碳纤维材料汽车引擎盖设计和工艺概述

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1、碳纤维材料汽车引擎盖设计和工艺概述第1章绪论1.1引言目前地球上使用的最主要的能源是石油和天然气，在未来相当长的一段时间内，它们仍将作为重要资源而存在。随着经济的发展，对石油和天然气的消耗量不断增加，能源短缺和能源消耗带来的问题也日益严重。据相关机构估计，按照目前的消耗速度，地球上尚未开采的原油和天然气已不足人类使用100年。有资料预测称，由于温室效应进一步加重，到2100年之前世界温度上升的上限将达到6.4℃。然而，分析当今的二氧化碳等温室气体增加速度可以发现，世界气温的上升速度已经开始朝着6～7℃的方向发展，这样的速度

2、与2℃的地球生态警戒线相比已经严重超标了，这对生态系统的破坏是致命的[1]。能源和环境问题越来越成为影响国民经济发展的关键因素。节能减排已成为当今世界许多国家的面临的重要问题。据国际能源署的一份报告预测，到2030年全球石油将有57％消耗在交通运输领域。按照现在的汽车对燃油的平均需求量和汽车数量的增长速度，6年之后我国汽车总数会超过1.5亿，汽车平均每年消耗燃油的量会超过2.5亿吨[2]。此外，国外某调查机构的一组权威数据指出，汽车整车质量如果降低100千克，那么每一百公里燃油消耗可以降低0.3~0.6升。为此，汽车等交通

3、工具的轻量化势必成为实现节能减排目标最现实、最有效的途径之一。汽车轻量化首先应该是保证汽车质量和驾驶性能不下降，以这个条件为前提，尽可能地降低各零部件的质量，在减少油耗和污染的同时，提高汽车的动力性能，减少噪声和振动，优化汽车的操纵性能，以及实现安全可靠性等综合目标[3]。..1.2碳纤维复合材料汽车覆盖件的研究现状复合材料是在第二次世界大战后由西方国家率先发展起来的技术。之前汽车车身一直采用钢制的钣金件，材料比较单一，不能适应人们对轻量化和速度的要求。为此许多国外汽车厂家都积极研究和利用复合材料来实现减轻汽车重量，降低油

4、耗和改善风阻系数的目的。1969年，美国福特公司制成了世界上第一辆碳纤维复合材料赛车GT40，后来，ACT公司用全碳纤维成功设计了一个无骨架式结构汽车。从第一次石油危机以后，碳纤维复合材料（CFRP）就逐步变成汽车行业的一个重要研究对象。基本上现有的研究成果均认为碳纤维复合材料具有作为汽车车身覆盖件材料的优良性能。在众多研究机构和公司中，福特公司开展了很多有关碳纤维复合材料的应用实验。福特公司于1977年成功开发出CFRP材料的汽车引擎罩、传动轴等零部件，次年又有多个CFRP零部件试制成功，总数达到了20个。第三年设计的样

5、车上采用了很多CFRP零部件，使得整车质量从1.69吨下降到1.13吨，实现的减重效果为33％，在这里面因为替换原有钢板降低的质量为320千克[8]。2000年4月，欧洲的就发起了一项名为TECABS（碳素纤维汽车结构技术）的研究项目。该项目的目标是通过使用低成本的CFRP使车身重量减少一半，从而降低二氧化碳的释放，提高能源的利用率。参与该项目的有汽车厂商沃尔沃、大众、雷诺，还有零部件供应商，材料厂商，软件商等，除此之外还有来自比利时、德国、法国、瑞士、瑞典等国家的科研机构。2004年，英国Cranfield大学开发出一款

6、汽车，车身采用纯CFRP制成。2003年，日本新能源产业的技术综合开发机构和汽车生产厂商启动了一项研究项目，该项目研究用碳纤维复合材料实现汽车减重，它的目标是使汽车减重达到现有汽车的一半，遭受碰撞时的冲击能量吸收能力提高50%。同时该项目还研究了金属零部件与CFRP之间的连接技术，碳纤维复合材料回收技术和优化设计及分析技术。..第2章碳纤维复合材料引擎盖的设计和工艺理论2.1汽车引擎盖的作用和结构汽车覆盖件是用于构成车身外观的汽车零部件，这些零部件既包含装饰性的零件，又包含了壳状的受力件，例如引擎盖、车顶、行李舱盖等[20

7、]。汽车引擎盖是汽车覆盖件最重要的组成部分，在汽车使用过程中承担着十分重要的角色。具体来说，有以下作用：（1）隔热隔音。引擎盖位于汽车前端，下面一般是汽车的发动机舱。在汽车行驶的时候，它可以有效隔绝发动机和相关零部件造成的发热和噪音，减少汽车给环境带来的噪音污染，并为驾驶人员提供较为舒适的驾驶环境。（2）空气导流。当汽车在以较高的速度行驶时，空气气流就会在汽车周围产生的阻力和扰流，这些都会对汽车行驶的方向和速度产生影响。引擎盖的外表面能够改变空气相对汽车的流动方向以及对汽车产生的力的大小，降低气流对汽车的造成的不利影响。导

8、流还能使空气阻力分解成对行驶有益的分量，增加前轮对地面的压力，提高汽车行驶的稳定性。（3）保护发动机和发动机舱内的其他零部件。引擎盖的下面大部分装置都是汽车关乎汽车正常行驶的组成部分，例如发动机、散热器、油路等。对引擎盖进行合理设计，保证良好的力学性能，能防止撞击、腐蚀等对发动机等重要零部件的不良影响，