摘 要：節(jié)能、環(huán)保和安全是汽車工業(yè)的發(fā)展方向，汽車輕量化是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要手段。碳纖維復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量高，密度僅為鋼的1/5左右，在等剛度和或等強(qiáng)度下，碳纖維復(fù)合材料比鋼可減重50%以上，比鎂鋁合金可減重30%左右，具有獨(dú)特的輕量化效果，是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的理想材料。以汽車B柱為研究對(duì)象，基于經(jīng)典層合板理論，采用 ABAQUS分析研究了碳纖維復(fù)合材料B柱的碰撞性能。研究結(jié)果表明，與金屬材料汽車B柱相比碳纖維復(fù)合材料汽車B柱重量降低約33%，達(dá)到了較好的輕量化效果。同時(shí)碳纖維復(fù)合材料汽車B柱入侵量與吸能比金屬材料小。

關(guān)鍵詞：輕量化；碳纖維復(fù)合材料；性能；汽車B柱

1 概述

近年來(lái)，我國(guó)汽車工業(yè)得到了快速的發(fā)展，汽車產(chǎn)銷量位居世界第一，汽車工業(yè)已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。汽車給我們的出行帶來(lái)了便利，但也造成了環(huán)境污染等問(wèn)題。在全球溫室效應(yīng)、能源危機(jī)和環(huán)境污染等日益嚴(yán)重的情況下，節(jié)能與環(huán)保成為擺在世界各國(guó)面前最重要的命題[1]。目前，汽車行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是，為了汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須減少環(huán)境污染、節(jié)約資源。為應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)各國(guó)都開(kāi)始研究和開(kāi)發(fā)新能源汽車，就現(xiàn)階段技術(shù)而言，汽車輕量化是實(shí)現(xiàn)降低油耗和減少排放的有效途徑。有試驗(yàn)表明，汽車總體重量減輕10%，可提高6%-8%的燃油效率。降低1%汽車重量可降低0.7%的油耗[2]。由此可見(jiàn)汽車輕量化對(duì)于節(jié)能與環(huán)保有顯著效果，使其成為我國(guó)汽車行業(yè)大力發(fā)展的趨勢(shì)。對(duì)于乘用車來(lái)說(shuō)，車身占整車質(zhì)量的40%-60%[3]，對(duì)于汽車油耗來(lái)說(shuō)，約70%的油耗是用在了車身質(zhì)量上，因而車身的輕量化對(duì)于整車的節(jié)能、減排具有更為顯著的作用。

2 碳纖維復(fù)合材料汽車B柱模型建立

文章采用等代設(shè)計(jì)方法建立碳纖維復(fù)合材料汽車B柱模型，通過(guò)Hypermesh對(duì)B柱模型完成幾何清理并采用四面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，網(wǎng)格大小10mm。將畫(huà)好網(wǎng)格的B柱導(dǎo)入ABAQUS進(jìn)行碰撞分析。

碳纖維復(fù)合材料B柱鋪層方式為[0/45/90/-45]，鋪層層數(shù)為18層，每層厚度0.33mm。復(fù)合材料單向?qū)雍习宓牧W(xué)性能如表1所示。其中p為密度，E1、E2分別為單向?qū)雍习宓目v向、橫向彈性模量，u12為泊松比，G12為剪切模量，Xt、Xc為縱向拉伸、壓縮強(qiáng)度，Yt、Yc為橫向拉伸、壓縮強(qiáng)度，S為剪切強(qiáng)度。

3 碳纖維復(fù)合材料汽車B柱性能分析

以碳纖維復(fù)合材料汽車B柱的質(zhì)量、入侵量、吸能為響應(yīng)分析碳纖維復(fù)合材料汽B柱的綜合性能。并與金屬材料汽車B對(duì)比分析，與金屬材料汽車B柱相比碳纖維復(fù)合材料汽車B柱重量降低約33%，最大入侵量比金屬材料汽車B柱小12%，吸能效果也比金屬材料汽車B柱好。

參考文獻(xiàn)

[1]馬鳴圖，易紅亮，路洪洲，等.論汽車輕量化[J].中國(guó)工程科學(xué)，2009，11（9）：20-27.

[2]Joseph C， Benedyk K. Light metals in automotive applications[J].Light Metal Age，2000，10（2）：34-35.

[3]黃天澤，黃金陵. 汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997：1-2.

作者簡(jiǎn)介：侯凡龍 （1989，8-），漢族，武漢理工大學(xué)碩士研究生，研究方向：碳纖維復(fù)合材料汽車零部件。