炭纤维复合材料应用于汽车后背门的设计与优化

以某SUV纯电动汽车的后背门为研究对象,利用有限元优化设计方法,以T300牌号炭纤维复合材料代替钢对汽车后背门进行轻量化的重新设计,通过自由尺寸优化、尺寸优化和铺层次序优化三个阶段对后背门炭纤维复合材料的铺层进行优化,并对优化后的炭纤维后背门各项性能参数进行分析。结果表明,相对于原钢制后背门,优化后的炭纤维后背门的扭转刚度、弯曲刚度、侧向刚度、扭转模态频率和弯曲模态频率等性能指标均得到不同程度的提升,且质量由原来的16.70kg降至8.32kg,减重率达到50.2%,轻量化效果明显。

纯电动汽车碳纤维复合材料电池箱体的铺层设计研究

为解决碳纤维复合材料电池箱体轻量化设计中的铺层设计问题,现以某款纯电动汽车的电池箱体为研究对象,采用T300/5224复合材料,综合垂直颠簸、急刹车和急转弯工况,利用Opti Struct通过自由尺寸优化、尺寸优化、层叠次序优化来得到最佳的铺层分布方案;采用对称布置形式,其目的是减少弯扭变形与面内力的影响;各铺层固化厚度均为0.125 mm,最终得到的最佳铺层顺序为[±45/0/±45/0/90/0/90/0/±45/0/90/0/90/0/±45/90/±45/90/±45/90/±45/90]s。在满足相关工况的要求下,进行强度校核,使刚度得到提高,同时重量也大大减轻。优化后的质量与同等钢制电池箱体相比减轻了65.89%,充分发挥了复合材料比强度高、比模量大等优点,轻量化效果明显。

汽车碳纤维复合材料控制臂轻量化设计及验证

为了有效利用碳纤维复合材料的力学特性,采用碳纤维复合材料对某汽车控制臂进行了轻量化设计。首先建立了原钢质控制臂有限元模型,通过模态实验验证了其准确性,并对钢质控制臂进行了刚度分析和强度分析。然后基于钢质控制臂几何特征进行碳纤维复合材料控制臂几何重构,考虑其质量、振动特性、刚度、强度和工艺约束等,对碳纤维复合材料控制臂进行自由尺寸优化、尺寸优化和铺层次序优化,获得了最佳碳纤维复合材料铺层形状、厚度和铺层顺序。最后通过与原钢质控制臂性能对比可知,控制臂纵向刚度和侧向刚度分别增加了13.6%和1.4%,同时强度和振动特征均大幅提升,质量降低了63.7%,取得了显著的轻量化效果。