碳纤维复合材料发动机罩的轻量化设计研究

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1、申请上海交通大学工程硕士学位论文碳纤维复合材料发动机罩的轻量化设计研究院系：机械与动力工程学院工程领域：车辆工程交大导师：朱平教授企业导师：冯奇高级工程师工程硕士：徐娟学号：1100212110上海交通大学机械与动力工程学院2014年12月万方数据ThesisSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofEngineeringMasterSTUDYOFLIGHTWEIGHTDESIGNFORBONNETWITHCARBONFIBERM.D.Candidate：XuJua

2、nSupervisor(I)：ZhuPingSupervisor(II)：FengQiSpeciality：VehicleEngineerSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaotongUniversityShanghai,P.R.ChinaNov，2014万方数据万方数据万方数据上海交通大学工程硕士学位论文摘要碳纤维复合材料发动机罩的轻量化设计研究摘要随着汽车工业的不断发展，汽车保有量的增加给能源安全、环境污染、行人安全等方面带来了负面效应。因此节能减排，提高汽车安全性成为各大汽车

3、厂商面临的重要问题，汽车车身轻量化是解决这个问题最重要的方法。发动机罩作为车身的主要覆盖件，碳纤维复合材料是发动机罩理想的轻量化材料。本文以某车型的发动机罩为研究对象，分别从材料和结构两方面详细论述了发动机罩的设计过程。首先基于发动机罩的使用环境和功能，选择合适的碳纤维材料和基体材料；根据发动机罩的受力特点，结合复合材料的结构形式，进行碳纤维复合材料结构设计。其次，对碳纤维复合材料发动机罩进行尺寸优化分析，以此为依据对发动机罩进行材料优化和结构优化。通过建立有限元模型，定义边界条件，对发动机罩的模态、侧向刚度、扭转刚度、外板

4、刚度和行人头部碰撞进行仿真分析，通过与原发动机罩性能的对比分析，初步确认设计的可行性。根据轻量化设计方案，选择合适的工艺制作样件，进行刚度性能试验，将仿真结果与实际试验结果进行对比，验证设计的可行性。关键词：碳纤维复合材料，发动机罩，轻量化设计，结构性能仿真I万方数据上海交通大学工程硕士学位论文ABSTRACTSTUDYOFLIGHTWEIGHTDESIGNOFBONNETWITHCARBONFIBERABSTRACTWiththedevelopmentofglobalautomotiveindustryrapidly,it

5、isbroughtmanynegativeeffects,suchassafetyofenergy,environmentpollution,safetybetweenpassengerandvehicle,byincreasingofvehicle.Sothemajorproblemforautomakersdesignthevehicleishowtosavetheenergyandreduceemission.Lightweighttechnologyofvehiclebodycansolvethisissue.Bon

6、netisoneofpartsinbody.Carbonfibercompositeistheidealmaterialforbonnetlightweight.Thispaperistodescribebonnetdesignaboutmaterialandstructureindetail.Firsttochoosethematerialofcarbonfiberandmatrixaccordingtotheusingenvironmentandfunctionofbonnet,designthecarbonfiberc

7、ompositionwithforceofbonnetandstructureofcompositematerial.Secondtousethecarbonfiberandoptimizethestructureofbonnettoreducetheweight,whichisbasedonthemethodofsizeoptimizetoanalysisthethicknessofcarbonfiberbonnet.Andthenmakingthemodeofbonnetanddefiningtheconstrainco

8、nditiontosimulate.TherearefivesectionsofCAEanalysisforbonnetperformance:mode,lateralstiffness,torsionalstiffness,stiffnessofouterpanel,pedestrian