淺析復(fù)合材料在汽車輕量化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘 要：隨著當(dāng)前人們生活質(zhì)量水平提升，人們擁有汽車的數(shù)量也在增加，人們對汽車的選擇不只是從實(shí)用的角度出發(fā)，也愈來愈注重性能和材質(zhì)的運(yùn)用。所以這就要求汽車設(shè)計(jì)過程中能不斷優(yōu)化，基于此，本文先就汽車輕量化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢以及設(shè)計(jì)途徑進(jìn)行闡述，然后就汽車輕量化設(shè)計(jì)中復(fù)合材料應(yīng)用優(yōu)勢以及實(shí)際應(yīng)用詳細(xì)探究，希冀能從理論上就復(fù)合材料應(yīng)用研究能為實(shí)際汽車輕量化設(shè)計(jì)起到積極作用。

關(guān)鍵詞：輕量化設(shè)計(jì);復(fù)合材料;設(shè)計(jì)應(yīng)用

0.引言

汽車輕量化設(shè)計(jì)工作的開展過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要能從材料的運(yùn)用角度出發(fā)，材料的選用和實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)目標(biāo)有著緊密的聯(lián)系，只有從優(yōu)化的角度出發(fā)，選擇合適的復(fù)合材料，才能有助于提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.汽車輕量化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢以及設(shè)計(jì)途徑

1.1汽車輕量化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢體現(xiàn)

建立生態(tài)文明的社會，這就需要從各個(gè)領(lǐng)域方面加強(qiáng)重視，汽車行業(yè)的發(fā)展對生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的影響比較大，為能促進(jìn)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，滿足生態(tài)文明社會發(fā)展的需求，這就需要注重在生態(tài)化設(shè)計(jì)方面加強(qiáng)重視[1]。為能最大程度節(jié)能減排，符合生態(tài)環(huán)保發(fā)展的要求，這就要求在汽車的設(shè)計(jì)上能實(shí)現(xiàn)輕量化的目標(biāo)要求，設(shè)計(jì)中降低設(shè)備質(zhì)量以及保障整體安全性能，這樣就能改善汽車行駛性能，從整體上促進(jìn)汽車的設(shè)計(jì)質(zhì)量提升。

1.2汽車輕量化設(shè)計(jì)的途徑

從汽車輕量化設(shè)計(jì)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)來看，主要在結(jié)構(gòu)、材料以及工藝的輕量化設(shè)計(jì)是要點(diǎn)，從這三個(gè)層面實(shí)現(xiàn)輕量化的設(shè)計(jì)目標(biāo)。從以下幾點(diǎn)要加強(qiáng)重視：

①結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)。汽車是多樣結(jié)構(gòu)組成的，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中進(jìn)行優(yōu)化，這就能有助于減輕其重量，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)目標(biāo)。結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)中就需要對計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)加以科學(xué)運(yùn)用，通過矢量化軟件的運(yùn)用，從虛擬環(huán)境中來對汽車幾何構(gòu)造加以設(shè)計(jì)，保障設(shè)計(jì)的精確度，這樣就能為實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)的目標(biāo)打下基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)仿真環(huán)境當(dāng)中能對汽車結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及質(zhì)量和重量等進(jìn)行優(yōu)化，通過數(shù)據(jù)可對汽車安全性能做出合理化評估，這樣就能保障結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量[2]。

②材料輕量化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)汽車輕量化設(shè)計(jì)的目標(biāo)，通過材料輕量化設(shè)計(jì)也是比較重要的，在當(dāng)前新型材料的應(yīng)用下，就能對傳統(tǒng)的汽車材料進(jìn)行替代，保障材料質(zhì)量的基礎(chǔ)上，能減少材料重量，以此實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)的目標(biāo)。如碳纖維復(fù)合材料的運(yùn)用，就能在保障汽車整體安全性能的基礎(chǔ)上，減輕汽車的重量，能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬件，從整體上減低其整體重量。

③工藝輕量化設(shè)計(jì)。激光拼焊鋼板及變截面鋼板的應(yīng)用可以滿足不同區(qū)域性能的要求? ?熱成型技術(shù)和輥壓成型的日益成熟，可以有效減少補(bǔ)強(qiáng)板的使用及材料料厚，從而實(shí)現(xiàn)輕量化。

2.汽車輕量化設(shè)計(jì)中復(fù)合材料應(yīng)用優(yōu)勢及具體應(yīng)用

2.1汽車輕量化設(shè)計(jì)中復(fù)合材料應(yīng)用優(yōu)勢

為能減少汽車的重量，這就需要在設(shè)計(jì)過程中對汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及注重對材料科學(xué)選擇，從而達(dá)到輕量化設(shè)計(jì)的目標(biāo)，材料科學(xué)近些年的發(fā)展比較迅速，一些新型的材料在汽車領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，其中復(fù)合材料的應(yīng)用比較重要。所謂復(fù)合材料是兩種或以上的化學(xué)物質(zhì)以及物理特性物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合組成的材料。復(fù)合材料的性能要比組成材料性能良好，所以復(fù)合材料在汽車輕量化設(shè)計(jì)中應(yīng)用就能保障質(zhì)量[3]。復(fù)合材料的重量比較輕，并且有著高強(qiáng)度的優(yōu)勢，汽車領(lǐng)域中應(yīng)用復(fù)合材料愈來愈廣泛。從實(shí)際復(fù)合材料應(yīng)用的優(yōu)勢能發(fā)現(xiàn)，自身減重的優(yōu)勢比較突出，集成化功能也較為突出，這樣就能有助于系統(tǒng)減重，系統(tǒng)制造以及安裝維修簡化的優(yōu)勢發(fā)揮比較突出。復(fù)合材料在汽車輕量化設(shè)計(jì)中不只是能夠減輕其重量，也能達(dá)到減振降噪的良好效果，從整體上提升了復(fù)合材料應(yīng)用安全性能。

2.2汽車輕量化設(shè)計(jì)中復(fù)合材料實(shí)際應(yīng)用

汽車輕量化設(shè)計(jì)當(dāng)中對復(fù)合材料的應(yīng)用能起到良好的作用效果，設(shè)計(jì)中諸多環(huán)節(jié)都能應(yīng)用復(fù)合材料。從以下幾點(diǎn)可供參考：

2.2.1汽車覆蓋件中復(fù)合材料應(yīng)用

汽車覆蓋件設(shè)計(jì)中對復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)揮著比較重要作用，樹脂基復(fù)合材料和汽車覆蓋件設(shè)計(jì)相結(jié)合，就能有助于保障質(zhì)量安全的基礎(chǔ)上減少重量。樹脂基復(fù)合材料在設(shè)計(jì)以及制造方面都能發(fā)揮積極作用。這一材料有著不同的類型工藝，有對模成型，以及接觸成型和其他成型方法。生產(chǎn)工藝不同制品以及生產(chǎn)規(guī)模也不同。通過將樹脂傳遞模塑成型工藝在汽車覆蓋件設(shè)計(jì)當(dāng)中加以應(yīng)用，就能有助于提升設(shè)計(jì)質(zhì)量[4]。這一工藝的運(yùn)用中，主要是把樹脂注入到閉合模具當(dāng)中浸潤，從而強(qiáng)化材料和固化成型的工藝，采用該工藝應(yīng)用的高性能樹脂主要有環(huán)氧樹脂以及乙烯基酯樹脂等等類型。通過樹脂傳遞成型工藝的運(yùn)用，能夠達(dá)到精確以及大尺寸的應(yīng)用效果，對于汽車外形的模型要求高的可通過這一復(fù)合材料應(yīng)用，對于汽車車身板以及保險(xiǎn)杠等應(yīng)用，能起到良好作用。

2.2.2汽車儀表板中復(fù)合材料應(yīng)用

汽車的組成部分比較多，其中儀表板就是比較重要的組成部分，不僅要在駕駛室裝飾作用方面加強(qiáng)質(zhì)量控制，儀表板的質(zhì)量控制也顯得格外重要。儀表板能為收錄機(jī)以及儀表和開關(guān)等進(jìn)行提供安裝位置的部分，結(jié)合工程塑料材料和成型工藝，有軟硬質(zhì)的類型，其中軟質(zhì)的儀表板主要是表面采用真皮和儀表板間填充發(fā)泡材料，通過金屬或者是采用塑料骨架加以固定，在高檔的汽車中比較常用。而硬質(zhì)的儀表板注塑成型的工藝，主要是對原材料一次加工進(jìn)行獲得，加工的效率比較高。近些年的一些品牌汽車的車型采用半硬質(zhì)的儀表板，其填充物主要是半硬質(zhì)發(fā)泡材料，成型工藝以及結(jié)合是和軟質(zhì)儀表板相同的，其回彈性以及緩沖和吸振能力比較突出，表面的抗疲勞磨損的性能也比較突出。

2.2.3汽車車身碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用

碳纖維復(fù)合材料在汽車車身設(shè)計(jì)上的應(yīng)用能起到積極作用，有助于提升車身的質(zhì)量減輕車身的重量。復(fù)合材料作為車身結(jié)構(gòu)有著良好性能，是汽車輕量化設(shè)計(jì)比較理想化的材料。碳纖維復(fù)合材料有著比較好的性能，而原材料成本以及制造的成本比較高，在早期時(shí)候主要是運(yùn)用在軍工以及航空航天裝備當(dāng)中，當(dāng)前在一些車型的小批量試制當(dāng)中能得到應(yīng)用。如寶馬公司與SGL進(jìn)行合作研制了低使用成本碳纖維復(fù)合材料車身[5]。還有的電動汽車當(dāng)中復(fù)合材料和塑料進(jìn)行制造設(shè)計(jì)，能減少車身重量，提升電動汽車?yán)m(xù)航能力。汽車的輕量化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為發(fā)展的趨勢，這對未來的汽車設(shè)計(jì)發(fā)展也有著引導(dǎo)的作用。

3.結(jié)語

綜上而言，汽車的設(shè)計(jì)中，輕量化設(shè)計(jì)是比較重要的方向，在通過對多類型的復(fù)合材料應(yīng)用下，這就能有助于從整體上提升輕量化設(shè)計(jì)的質(zhì)量，促進(jìn)汽車輕量化設(shè)計(jì)質(zhì)量提升。通過上文中就汽車輕量化設(shè)計(jì)的相關(guān)理論研究，就能為實(shí)際設(shè)計(jì)工作的良好開展起到積極作用。

【參考文獻(xiàn)】

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作者簡介：劉飛（1992.01—），男，漢族，陜西合陽人，本科學(xué)歷，漢騰汽車技術(shù)研究院，工程師，研究方向：汽車白車身骨架