碳纤维复合材料汽车引擎盖的设计

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1、碳纤维复合材料汽车引擎盖的设计张建国1，王天圣2，张锦光2，宋春生2，张强2（1.江苏省鹰游纺机有限公司科委，江苏连云港222000；2.武汉理工大学机电学院，武汉430000）DesignStudyofCFRPCARHoodZHANGJianguo1，WANGTiansheng2，ZHANGJinguang2，SONGChunsheng2，ZHANGQiang2（1.ScienceCommitteeLianyungangYingyouTextileMachineryCo.，Ltd，Lianyungang222000，China；2.Mechanicala

2、ndElectricalEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430000，China）Abstract：CarbonFiberReinforcedPolymer（CFRP）hasthecharacteristicsofhighspecificstrengthandspecificstiffness,lightweight,hightemperatureresistanceandcorrosionresistance.Itcanreducetheweightofcarbodiesonthepremiset

3、hatthestiffnessandmodalfrequencymeetrequirementswhenitisappliedtotheenginehood.Soitachievesthegoalofthelightweightofautomobile.Theappropriatestackingsequenceandplyangle［90°/45°/0°/-45°/90°］areselectedtooptimizetheoverlaysolutionstomeettheperformancerequirementsofthecarhood.Thepape

4、ranalyzestheCFRPhoodfromtheaspectsofstructure.Itsstrengthsandweaknessesareidentified,whichprovidesreferenceforthedesignchoosingofautomobilecoveringparts,enginehoodincluded.Keywords：CFRP；hood；plyangle；plyqueue0引言汽车轻量化可以降低整车质量，提高燃油效率，从而降低成本。在各种轻量化材料中，碳纤维增强复合材料是一种高强度复合材料。它的密度很小，比强度和比

5、刚度高，此外还具有良好的耐热性和抗酸碱腐蚀性，是一种发展前景十分广阔的轻量化材料，在汽车以及航空航天等领域具有很大的发展空间。引擎盖是最重要的车身覆盖件之一，它在汽车上发挥着不可替代的作用。根据刚度和模态的设计准则，采用CFRP来代替引擎盖的内外钢板。1碳纤维复合材料引擎盖的设计现有的汽车引擎盖结构较为复杂，一般采用“三明治”结构，即内板和外板中间填充有隔热材料的结构形式。根据逆向设计的方法，保持原有的引擎盖的形状，简化盖上的饰物、内板上的肋条，在允许的范围内增加各内外板和夹芯的厚度，采用CAD软件来创建引擎盖的模型，如图1所示。设计的碳纤维引擎盖仍由3部

6、分构成：外板，内板和夹层材料。外板厚度和内板厚度均为1mm，夹芯厚度为10mm。选择T300作为增强材料，综合考虑成本和性能，选择国内比较常见的5208环氧树脂作为基体，夹芯材料选择的是聚氨酯泡沫塑料（PUR），它是一种开孔结构热固性泡沫塑料。2引擎盖弯曲刚度的仿真分析2.1不同铺层角度对弯曲刚度的影响由于“三明治”结构的内外板可采用碳纤维复合材料制成，内外板对称铺层。首先，采用同一角度讨论不同铺层角度对弯曲刚度的影响，即外板的铺层角度分别为［0°/0°/0°/0°/0°］，［5°/5°/5°/5°/5°］，…，［90°/90°/90°/90°/90°］，

7、引擎盖模型的受载如图2所示，为减少应力集中对结果的影响，将200N的集中力分散到5个节点上。限制A、B两点及两点之间线的X、Y、Z方向的移动自由度和转动自由度，在引擎盖的另一端中点处施加沿148机械工程师2014年第11期图1碳纤维复合材料引擎盖模型摘要：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

8、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