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2-复合材料在汽车轻量化方面的应用-李文晓

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纤维增强复合材料在汽车上的应用同济大学复合材料与结构所李文晓内容提要11 复合材料与汽车轻量化2 复合材料在车身上的应用3 复合材料在功能结构件上的应用44 技术发展趋势2012-4-24同济大学复合材料与结构所21复合材料与汽车轻量化1.1 汽车的轻量化需求1.21.2 实现车身轻量化的途径1.3 复合材料汽车部件的性能优势1.4 复合材料在汽车上的应用概况2012-4-24同济大学复合材料与结构所3汽车的轻量化需求111.1 汽车的轻量化需求1.1节能减排压力整车重量与燃油效率节能减排措施传统汽车：轻量化、小型化新能源汽车：轻量化奠定产业基础混合动力汽车电动汽车燃料电池汽车2012-4-24同济大学复合材料与结构所4实现汽车轻量化的途径21.2实现汽车轻量化的途径1.212实现汽车轻量化的途径结构优化优化设计（提升结构强度，采用中空化构件） 功能配置优化集成化新材料技术采用轻质材料轻质合金工程塑料复合材料2012-4-24同济大学复合材料与结构所5复合材料汽车部件的性能优势131.3 复合材料汽车部件的性能优势1.3轻质高强：减重效果明显材料各向异性，可设计性强便于结构优化设计高安全性提高乘客的舒适性：降噪减振耐腐蚀、耐疲劳、长寿命小批量生产的成型周期短，模具费用低2012-4-24同济大学复合材料与结构所61.4 复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况1.4应用总量持续增长总用量：汽车用复合材料占复合材料总产量的20% 单车复合材料用量：平均达6%车重；豪华车：15%高端车：9%中档车：6%入门车型：4%与航空航天领域的应用相比，有大的发展空间 A380:整机结构重量的25%Boeing 787: 整机结构重量的50%2012-4-24同济大学复合材料与结构所7复合材料在汽车上的应用概况1.41.4 复合材料在汽车上的应用概况应用部件种类齐全车身结构内、外饰结构功能件2012-4-24同济大学复合材料与结构所81.4 复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况1.4应用特点材料种类全GFRPCFRPAFRPFRTPWPC (woodplastic composite)2003 DODGE VIPER 2012-4-24同济大学复合材料与结构所9复合材料在汽车上的应用概况1.4 复合材料在汽车上的应用概况1.4应用特点结构形式从非承力次承力结构向主承力结构和全复合材料结构方向 从非承力、次承力结构向主承力结构和全复合材料结构方向发展层合板、加筋板、夹层结构成型工艺手糊、真空袋压模压模压：SMC，BMC，GMTD(Long Fiber Thermoplastics--Direct)LFTLFT--D(Long Fiber ThermoplasticsRTM：VARI: E--LFT创新工艺: E2012-4-24同济大学复合材料与结构所10复合材料在汽车上的应用概况141.4 复合材料在汽车上的应用概况1.4市场需求强劲增长高端市场（CFRP）Daimler:Daimler : 白车身减重10%目标Audi:Audi R8&Audi RS3Audi R8 & Audi RS3Mercedes: SLR2012-4-24同济大学复合材料与结构所11复合材料在汽车上的应用概况141.4 复合材料在汽车上的应用概况1.4市场需求强劲增长中档市场奇瑞A3CCSABIC Innovative Plastics长玻纤增强聚丙烯2012-4-24同济大学复合材料与结构所12复合材料在汽车上的应用概况1.4 复合材料在汽车上的应用概况1.414市场需求强劲增长新能源汽车：汽车的未来2012-4-24同济大学复合材料与结构所13141.4 1.4 复合材料汽车部件的应用概况复合材料汽车部件的应用概况OEMOEM: 汽车生产商参与原材料供应 09年底BMW/ SGL Carbon Group 成立合资企业 生产用于新概念汽车的碳纤维织物、预浸料 VW /SGL Carbon:PSA BMW/SGL C b PSA 标致：BMW/ SGL Carbon 供应商 Daimler Daimler ––TorayT t T h T Toyota Toyota ––Toho Toho Tenax Tenax 东邦Audi 与Voith 合作: 复合材料量产技术E ik Evonik Evonik ––CAMIMSA ：碳/芳纶/金属混杂结构2012-4-24同济大学复合材料与结构所142 纤维增强复合材料在车身上的应用纤维增强复合材料在车身上的应用2212.1 复合材料部件类型与减重效果2.2 典型车身应用实例2012-4-24同济大学复合材料与结构所152.1 复合材料部件类型与减重效果复合材料部件类型与减重效果2.1部件名称占车身总重量的百分比可能的减重效果内饰5%0%功能件50% （其中发动机占25-30%5%50%2530%）车身外覆盖件10%30%1015%次承力结构件10-15%30%底盘25%50% Source: JEC2012-4-24同济大学复合材料与结构所16222.2 典型车身结构应用实例2.2.1 BMW i i系CFRP驾驶舱221BMW2.2.1 BMW在电动车量产车型上的首个突破突破性构造理念：Life Drive框架BMW i3 (MCV)BMW i82012-4-24同济大学复合材料与结构所172.2 典型车身应用实例22222BMW MCV2.2.2 BMW MCV的CFRP引擎罩CFRP夹层结构2012-4-24同济大学复合材料与结构所18典型车身应用实例2.2 典型车身应用实例2.2222232.2.3 底盘豪华跑车M lMosler MT900车身与底盘CFRP底盘模压+热压罐成型的AFRP车体2012-4-2419同济大学复合材料与结构所222.2 典型车身应用实例典型车身应用实例2.22232.2.3 底盘高端跑车A di R8GTAudi R8 GT :从全金属车身到混合结构车身：CFRP底盘+铝副车架(2014)，减重目标：100kgLamborghini Aventador LP700--4Lamborghini Aventador LP7002012-4-24同济大学复合材料与结构所20典型车身应用实例222.2 典型车身应用实例2.22232.2.3 底盘高端跑车T L LFAToyota: Lexus LFA底盘结构的65%为CFRP 。

综合多种复合材料制造工艺手工铺放预浸料：主框架RTM: 气道、地板、顶盖和引擎罩SMC: CFRP 扰流板、内饰胶接技术2012-4-2421同济大学复合材料与结构所222.2 典型车身应用实例224CFRP2.2.4 CFRP的其他应用2012-4-24同济大学复合材料与结构所223 纤维增强复合材料在结构功能件上的应用纤维增强复合材料在结构功能件上的应用3313.1 应用概况3.2 典型应用实例2012-4-24同济大学复合材料与结构所23纤维增强复合材料在结构功能件上的应用3 纤维增强复合材料在结构功能件上的应用3313.1 应用概况传动轴板簧座椅制动器/离合器摩擦片框架、小型功能件（把手、天线）、进气管 防撞安全设施（保险杠、溃缩柱）新能源汽车（气瓶、燃料电池相关部件）2012-4-24同济大学复合材料与结构所24323.2 典型应用实例3213.2.1 防侧撞B柱德国宇航中心（DLR）: 2010 JEC Asia 创新奖CFRP35%使用CFRP, 结构减重35%,安全性增强2012-4-24同济大学复合材料与结构所25323.2 典型应用实例典型应用实例3.23223.2.2 新能源汽车燃料电池电堆质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell/PEMFC）电堆membrane fuel cell/PEMFC双极板端板管道2012-4-24同济大学复合材料与结构所26典型应用实例3.2 典型应用实例3.2323233.2.3 新能源汽车储氢系统高压气瓶40lit t t k f th Ch l t V lt 40--liter storage tank for the Chevrolet VoltToyota FCHV Bus2012-4-2427同济大学复合材料与结构所技术发展趋势4 技术发展趋势4414.1 选材4.2 设计4.3 制造444.4 装配4.5 大范围推广应用面临的主要问题2012-4-24同济大学复合材料与结构所284 4 技术发展趋势技术发展趋势41 4.1 选材 从GFRP 到CFRP 减重效果： GFRP: 25GFRP: 25--35 wt%；CFRP: 50~70 wt%从短切纤维到连续纤维 环境友好——绿色复合材料新型碳纤维的研发：Oak Oak Radge Radge: : 木质素基碳纤维植物纤维：内饰 热塑性基体：PP PP\\PA PA\\PET 2012-4-2429同济大学复合材料与结构所424 4 技术发展趋势技术发展趋势 4.2 设计 4.2.1 采用新的结构形式 复合材料夹层结构： BMW i3引擎罩 同济大学：电动微型车泡沫夹层结构外覆盖件2012-4-2430同济大学复合材料与结构所424 4 技术发展趋势技术发展趋势4.2 设计4.2.1 采用新的结构形式SMC 加筋加肋地板设计采用格栅结构2012-4-2431同济大学复合材料与结构所4 4 技术发展趋势技术发展趋势4.2 设计4.2.2 4.2.2结构一体化理念传统：等代设计 现代：结构一体化趋势现有结构按承载功能分解，重新设计 典型实例BMW MCV 的LifeDrive 模块化框架CFRP 驾驶舱+铝底盘，铝底盘，安全、轻质安全、轻质2012-4-2432同济大学复合材料与结构所424 4 技术发展趋势技术发展趋势4.2 设计4.2.3新工艺提供新可能PP GF CFPP--GF+CF 的主结构件E -LFT 工艺（E -Endless ）——单向连续纤维+LFT 2012-4-2433同济大学复合材料与结构所4.3 4 4 技术发展趋势技术发展趋势.3制造大批量自动化生产技术快速RTM 技术——树脂的快速固化技术 LFT 技术低成本技术 无热压罐成型——预浸料真空成型技术 模具、工装技术变截面中空制品的成型4.4 装配技术胶接技术 胶接接头设计CFRP/金属件的连接技术2012-4-2434同济大学复合材料与结构所技术发展趋势4 技术发展趋势444.54.5 大范围推广应用面临的主要问题CFRP的成本问题标准化问题GFRP缺乏材料性能数据库和标准测试方法设计缺乏用于制造、连接、设计的通用建模工具和方法缺乏用于CFRP主结构件的设计方法、预测工具和冲击模型 成型制品成型速度低于金属件现有的CFRP预浸料铺放成型技术不适于大批量生产2012-4-24同济大学复合材料与结构所35谢谢大家！2012-4-24同济大学复合材料与结构所36。

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高性能化的碳纤维复合材料在汽车轻量化应用新进展

高性能化的碳纤维复合材料在汽车轻量化应用新进展

高性能化的碳纤维复合材料在汽车轻量化应用新进展作者：方鲲孟秀青王建军高国强尹光虎李晓科李玫来源：《新材料产业》2020年第02期先进的碳纤维复合材料（CFRP）研究和应用己经成为汽车轻量化的一种重要技术途径。

在保证汽车安全性能不降低的前提下尽可能地减轻整车质量，从而可提高汽车的动力性、降低燃料消耗、减少二氧化碳（CO2）排放。

1 材料的特性CFRP是由作为增强材料的碳纤维（CF）和基體树脂（Resin）组成，早期主要应用于航空航天及军事领域。

随着碳纤维（CF）生产技术的进步、性能的不断提高，以及加工技术的不断提高，CFRP成本下降，因此被越来越多应用到汽车、工业、体育等领域。

CFRP具有比强度高、比模量高、质量轻、抗疲劳性好、膨胀率小和减振性优等优越综合性能，因此得到汽车厂家的广泛关注与应用。

1.1 质轻高强由于使用CFRP在减轻车身质量的同时也可使汽车功率需求更小，进而采用更小的驱动引擎和悬挂装置。

通过减少动能而减少汽车冲击危险，这种螺旋式的结果将使汽车车身质量进一步减轻，因此用CFRP部件替换原来的传统金属材料部件则其轻量化效果更加明显。

1.2 设计灵活通过采用CFRP和部件的计算机辅助工程（CAE）结构优化则可以根据不同的汽车结构和用途要求灵活地进行产品设计和加工成型。

根据实际受力情况，通过调整纤维的结构及排列制成各向异性和不同厚度的CFRP部件，且可以应用三明治夹层结构来提高整体刚性以达到最佳轻量化的设计方案之一。

将CF按照受力方向进行排布，可充分发挥CFRP强度的各向异性，从而达到节约材料和减轻质量的目的。

对于有耐腐蚀性能要求的CFRP部件，设计时可选用耐腐蚀性能好的Resin，而对于其他性能要求，如介电性能、耐热性能等都可通过选择合适的原材料来满足。

此外，为使CFRP产品成本达到最优化程度可适当选用低成本材料替换，如不同纤维混合铺层，可在满足轻量化的性能指标前提下同时节省CFRP材料和加工成本。

浅析新材料在汽车轻量化中的应用

浅析新材料在汽车轻量化中的应用

浅析新材料在汽车轻量化中的应用作者：梁乾来源：《现代企业文化·理论版》2015年第04期中图分类号：U465 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2015）02-000-01摘要汽车轻量化是实现节能减排的重要手段和方法，在提高汽车的燃油经济性和环保性方面有着重要的作用。

本章列举了实现轻量化的三种途径，并论述了几种具有代表性的新材料在汽车领域的应用，预测轻量化必将有更大的进步。

关键词轻量化新材料随着人们对汽车安全性、舒适性、环保性能要求的提高，汽车安装安全气囊、隔音隔热、空调、废气进化、GPS导航等装置越来越普及，这无形中加重了汽车的重量。

节约能源、减少环境污染成为世界汽车工业界有待解决的突出问题。

试验表明，减轻自重是节约能源和提高燃料经济性的最基本措施之一，因此汽车轻量化成为21世纪汽车技术的前沿和热点，轻量化已成为汽车优化设计和选材的主要发展方向。

数据显示，汽车每减重10%，燃油消耗可降低6%～8%，排放降低4%，而燃油消耗每减少1L，CO2的排放量减少2.45Kg，可见汽车轻量化是实现节能减排的重要手段和方法。

此外，轻量化对汽车的稳定性、噪声、加速、振动等方面也都有影响。

一、汽车轻量化设计主要的实现途径（一）利用先进的结构优化或设计方法利用现代信息化技术，关注重点部件，创新优化设计工具和轻量化设计理论，将部件零件化、复合化以减少零部件数量。

优化零部件结构设计，如去除零部件的冗余部分（使零部件薄壁化、中空化）等。

（二）新材料的应用可采用铝、镁、合金等有色金属材料、塑料聚合物材料、陶瓷材料等密度小、强度高的轻质材料。

（三）采用先进的制造技术和工艺要实现零部件轻量化设计和选用不同轻量化替代材料，必须采用先进的制造技术和工艺，包括高强度钢的制造技术，合金复合材料的成型技术和非金属材料的成型技术，采用先进的加工设备和工具，才能达到零部件的轻量化目的。

二、几种新材料在汽车上的应用（一）铝合金说到铝合金，生活中最常见的便是自行车的铝合金材料车圈，相比以前的钢材料，该材料使自行车的重量大大减轻，使用起来感觉更轻便。

复合材料在汽车轻量化中的应用

复合材料在汽车轻量化中的应用

复合材料在汽车轻量化中的应用嘿，大家好，今天咱们聊聊复合材料在汽车轻量化中的应用。

听到“复合材料”，你可能会觉得有点高深莫测，但其实它们就像是汽车的“减肥药”，能让车子变得更轻，更灵活，开起来也更省油。

说到轻量化，这可不是随便说说，轻了之后，汽车的性能可是大大提升，真的是事半功倍。

想象一下，开着一辆轻盈的车在马路上飞驰，那感觉可真爽啊！复合材料就是帮助实现这种感觉的魔法材料。

它们通常由两种或两种以上的材料组合而成，形成一种新型的材料，兼具强度和轻便。

这就像是把钢铁的坚固和塑料的轻便结合在了一起，真是妙不可言。

你可能会问，这些材料到底有哪些呢？比如碳纤维、玻璃纤维等等，都是近年来汽车制造中炙手可热的明星。

说到碳纤维，它可是个牛叉的家伙，虽然价格偏贵，但轻得要命，强度却爆表。

简直就是赛车手的最爱，想想在赛车场上飞速驰骋，那一瞬间，真是让人热血沸腾。

再说玻璃纤维，这家伙更是性价比之王，轻而且便宜，简直是大众化的选择。

像一些家庭轿车，都开始用这种材料来减轻车身重量。

减重的好处不止于此，轻量化还意味着更好的燃油经济性。

这年头，油价像过山车一样，让人心惊胆战。

如果汽车能轻一点，跑起来更省油，钱包也能轻松一点，真是一举两得。

这就好比吃了“减肥药”，看着体重秤上的数字一点一点往下掉，心里那个乐啊，甭提多爽了。

复合材料的好处还不止于此。

它们的耐腐蚀性可谓一绝，开车的时候难免遇到风吹日晒，车身表面难免会受到侵害。

这时候，复合材料的抗氧化能力就显得尤为重要。

就像是给车子穿上了一层保护膜，轻松应对各种恶劣天气，真是名副其实的“铁打的汉子”。

不过，大家也要知道，复合材料的生产工艺可不是那么简单。

它们需要特殊的设备和技术，制造过程中也得小心翼翼，才能确保材料的性能和质量。

这就好比做菜，材料新鲜、火候掌握得当，才能做出一盘色香味俱全的佳肴。

聊到这儿，咱们也得提提汽车行业的趋势。

随着环保意识的增强，越来越多的车企开始关注轻量化这一领域，纷纷投入资源研发新型复合材料。

新材料在汽车轻量化技术中的应用

新材料在汽车轻量化技术中的应用

新材料在汽车轻量化技术中的应用作者：董鸣来源：《时代汽车》2020年第17期关键词：新材料汽车轻量化应用20 世纪70 年代的发生的石油危机，推动了国外汽车轻量化材料技术的发展。

发达国家在研究如何解决能源短缺和环境恶化的过程中，制定了一些非常严格的强制性法律和制度，目的是为了降低车辆的燃油消耗，减少汽车的尾气排放[1]。

因此，汽车厂商为了满足政策法规的要求，投入了大量的人力及物力用于研发节能环保、轻量化、可回收的材料。

此外，各国政府为企业、大学以及研究机构提供了大量的资金支持，用于研发汽车轻量化材料，从而进一步促进了汽车轻量化的发展。

目前，我国汽车材料产业已经粗具规模，大量自主研发的新材料以及新技术已经成功实现商业化。

1 车用高强度钢材料及其技术发展趋势为了在与其他种类竞争中保持优势地位，扩大高强度钢材料在汽车上的应用范围，巩固高强度钢在汽车用材中的主导地位，未来高强度钢的技术开发将紧密围绕汽车工业降低成本、减轻车辆自重的要求来展开。

研究重点内容包括：1.1 新一代先进高强度钢（板、管材）的开发目前的高强度钢（比如双相钢、低合金高强度钢、TRP 钢和复相钢）的强度均在400～1200MPa 左右。

而通过对化学成分的优化设计以及对冶炼技术的改进，可以减少或取消贵重合金元素的用量，开发出强度更高，且其他性能（塑性、韧性、成形性）优良的高强度钢。

比如，高成形性的品种、高弹性模量的品种和成形后强化非烘烤硬化新品种等[2-3]。

1.2 先进的成形技术研发目前高强度钢的成形工艺主要有深冲、延展、拉伸翻边、弯曲等，由于这些工艺本身的局限性，先进成形技术的研发显得十分迫切。

未来成形技术研发方向主要有：管件液压成形、板件液压成形、辊压成形、电磁成形与气体热成形等; 此外先进高强度钢的焊接高强度钢与其他合金连接的激光拼焊技术以及开发新的连接技术，也是未来研发的重点。

1.3 成形过程的CAE 分析高强度钢在汽车工业中的应用遇到的难题是“成形”。