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美國最新碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料B柱研究進展

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2016-12-29  來源:中國國際復(fù)材展組委會編譯  瀏覽次數(shù):130
核心提示:最近,位于美國德克薩斯州的美國特拉華大學(xué)-美國復(fù)合材料中心(UD-CCM)聯(lián)合美國國家制造學(xué)中心(NCMS)、美國國際公路運輸安
      最近,位于美國德克薩斯州的美國特拉華大學(xué)-美國復(fù)合材料中心(UD-CCM)聯(lián)合美國國家制造學(xué)中心(NCMS)、美國國際公路運輸安全管理局(NHTSA)和寶馬(BMW)汽車公司共同研發(fā)了用于汽車側(cè)邊框結(jié)構(gòu)的碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料。
 
  該項目研發(fā)的B柱,在設(shè)計上滿足車輛的結(jié)構(gòu)和碰撞安全性要求(如FMVSS 214側(cè)面碰撞試驗),采用熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)制造,與相對應(yīng)的熱固性部件相比具有諸多性能優(yōu)勢(如可回收、方便連接、延伸率超過60%、韌性優(yōu)異、吸能性好等),且具有提高碰撞性能的潛力。該項目創(chuàng)新性地提出了能使碰撞性能最大化的側(cè)面沖擊碰撞概念,同時對市面上常見的熱塑性復(fù)合材料進行了相關(guān)性能表征,并建立了恰當(dāng)?shù)牟牧夏P?,同時對碰撞過程的能量吸收機理進行了評價。
 
  該項目B柱采用注塑成型工藝將裁剪好的碳纖維織物進行壓制成型,為了得到理想的吸能性能、剛度和強度,該項目對工藝過程進行了改良。
 
  UD-CCM表示,工程化預(yù)研工作深入各個層級,從試樣到組件再到全尺寸,一路指導(dǎo)著材料的選擇。 同時,CAE軟件工具還可以對大到整車、小到零部件進行模擬,對安裝過程進行測試,同時對可加工性和結(jié)構(gòu)碰撞性能進行優(yōu)化。組件和B柱采用沖壓和灌注成型工藝生產(chǎn),具有一定的可擴展性,以適應(yīng)汽車工業(yè)的生產(chǎn)效率。UD-CCM采用大型落塔來驗證模擬過程和真實環(huán)境中復(fù)合材料B柱側(cè)面沖擊碰撞性能的可靠性。
 
  為了強化B柱的吸能特性(韌性)、剛度和強度,同時保持部件的生產(chǎn)效率和車輛的完整性,BMW公司通過對整車碰撞進行模擬,證實了B柱的性能優(yōu)勢,及其對設(shè)計和完整性要求的滿足。UD-CCM進行了材料選擇與評價、復(fù)合材料設(shè)計、分析與碰撞模擬、工藝開發(fā)和制造(工具、部件制造、剪裁)、全尺寸裝配和高能沖擊測試等一系列研究。該項目成果證明連續(xù)碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料的設(shè)計、材料、工藝和連接技術(shù),處于4-7級技術(shù)水平,滿足汽車工業(yè)的生產(chǎn)需要和政府的安全性要求。
 
該項目取得的關(guān)鍵技術(shù)成果:
 
1、成功制造了熱塑性復(fù)合材料B柱,在滿足FMVSS 214側(cè)面碰撞實驗指標(biāo)要求的前提下,比相應(yīng)的金屬部件減重60%。
 
2、采用最先進的CAE軟件工具對整車及部件的沖擊性能進行了模擬和評價。
 
3、開發(fā)了新的成型工藝,采用灌注和熱壓成型工藝對復(fù)合材料進行生產(chǎn)制造,成型周期2min。
 
4、開發(fā)了不同熱塑性樹脂基體和鋼材界面的粘接技術(shù)。
 
5、開發(fā)了熱塑性復(fù)合材料部件的自動化裁剪技術(shù),并對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能進行了無損表征。
 
6、設(shè)計了新型測試夾具,并組裝到UD-CCM的高能沖擊塔上進行了側(cè)面沖擊碰撞模擬實驗,避免了整車結(jié)構(gòu)的破壞。
 
7、成功完成了多組分全尺寸組裝B柱在FMVSS 214標(biāo)準(zhǔn)實驗下的沖擊測試。
 
8、復(fù)合材料B柱滿足所有車輛部件裝配的侵入性安全性要求。
 
9、所有的復(fù)合材料B柱都表現(xiàn)出了回彈和反彈過程的結(jié)構(gòu)完整性,完全可以抵抗568.80kg的沖擊外力。
 
10、將沖擊測試的模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行對比,對預(yù)測方法進行了驗證。
 
11、研究結(jié)果證明連續(xù)碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料的韌性和吸能特性得到了提高。
 
 
 
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