多材料輕型汽車內部子系統輕量化設計

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多材料輕型汽車內部子系統輕量化設計

由麥格納國際和福特汽車公司開發研制的多材料輕型汽車（MMLV），是美國能源部項目DEEE0005574的研究成果。該項目演示了載客量為5名乘員的轎車輕量化潛在性能,同時保證了車輛性能和乘員安全性。MMLV所用的商用材料和生產過程,使整車質量減輕了23.5％。

介紹了輕型車內部子系統的概念設計、原型設計和驗證。提出了其內部兩個子系統的研究案例:儀表板/橫梁（IP/CCB）和前排座位結構。基于可減輕質量的碳纖維增強復合材料，對兩個概念子系統都進行了重新設計。結合原型構建技術，對每個子系統都進行了詳細的分析。

利用分析工具對所設計的儀表板/橫梁（IP/CCB）和前排座位結構進行優化。為了實現質量更輕的概念設計，進行了一系列的迭代計算。優化過程分為兩個階段:非線性拓撲優化；量規優化。優化過程中，選擇了以下兩種不同的碳纖維材料：①設計意圖，填充40％尼龍碳纖維即碳纖維增強塑料,使用注射模塑工藝進行制造；②原型意圖，編織碳纖維面料和環氧復合原型，使用手糊工藝和真空裝袋工藝進行制造。

經過上述優化設計，每輛車的座椅結構質量減輕了1.6kg，相比于沖壓鋼結構車輛質量減輕了17％；每輛車的儀表板/橫梁結構質量減輕了5.2kg，比鋼鐵和塑料組裝結構車輛質量減輕了30％。對上述兩種設計概念在不同的載荷工況下進行了CAE分析,CAE分析結果和對座椅結構的物理測試結果均表明了多材料輕型汽車輕量化設計的有效性。

John Jaranson et al. SAE 2015-01-1236.

編譯：于雅靜