汽車B柱加強(qiáng)板碳纖維設(shè)計淺析

杜治雄 王澤 王旭東 朱光輝

摘 要：采用碳纖維復(fù)合材料替代鋼材，通過結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化對B柱加強(qiáng)板進(jìn)行輕量化設(shè)計，與傳統(tǒng)鋼件相比重量減輕1.183Kg，減重55%，同時采用CAE仿真碰撞分析，CAE分析結(jié)果與實際基本相符，滿足產(chǎn)品設(shè)計要求。文中以眾泰汽車某SUV車型為例，簡單介紹了B柱加強(qiáng)板設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：輕量化;碳纖維;B柱加強(qiáng)板

0 引言

目前汽車工業(yè)的發(fā)展面臨著三大主題：節(jié)能、環(huán)保和安全。汽車輕量化是節(jié)能減排的重要方法和途徑，汽車輕量化技術(shù)包括汽車結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和輕量化材料的使用，其中輕量化材料的使用是車身減重的主流方式。

本文通過采用碳纖維復(fù)合材料取代鋼材，對車身B柱加強(qiáng)板進(jìn)行材料替換和結(jié)構(gòu)集成再設(shè)計，利用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)優(yōu)化設(shè)計碳纖維B柱總成，并通過Nastran軟件優(yōu)化碳纖維在零件中的取向分布，減少零部件變形，得出最優(yōu)的碳纖維B柱加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)。

1 材料及生產(chǎn)工藝選擇

由于碳纖維存在橫向及縱向兩個方向彈性模量，無法按等剛度替換來計算碳纖維料厚，暫按橫向模量計算，碳纖維料厚初步按t≈1.7T（t為碳纖維零部件厚度，T為鈑金件零件厚度）定義;考慮零件屈服，碳纖維屈服完全大于鋼材，初步采用T300的碳纖維原材料。

經(jīng)調(diào)研目前碳纖維零件在車身上的常規(guī)連接主要采用的是膠粘+鉚接的連接方式，經(jīng)試驗分析，選取常溫固化的雙組份膠及普通鉚接螺釘進(jìn)行連接。

2 碳纖維結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

通過將B柱加強(qiáng)板中的支撐板替換為碳纖維零部件后，在達(dá)到相同側(cè)撞性能時，以此來分析碳纖維的減重效果。……