碳纤维材料汽车引擎盖设计和工艺概述.doc

碳纤维材料汽车引擎盖设计和 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 概述.doc 碳纤维材料汽车引擎盖设计和工艺概述 第 1 章 绪论 1.1引言 目前地球上使用的最主要的能源是石油和天然气，在未来相当长的一段时间内，它们仍将作为重要资源而存在。随着经济的发展，对石油和天然气的消耗量不断增加 ，能源短缺和能源消耗带来的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 也日益严重。据相关机构估计，按照目前的消耗速度，地球上尚未开采的原油和天然气已不足人类使用 100 年。有资料预测称，由于温室效应进一步加重，到 2100 年之前世界温度上升的上限将达到 6.4?。然而， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 当今的二氧化碳等温室气体增加速度可以发现，世界气温的上升速度已经开始朝着 6,7?的方向发展，这样的速度与 2?的地球生态警戒线相比已经严重超标了，这对生态系统的破坏是致命的[1]。能源和环境问题越来越成为影响国民经济发展的关键因素。节能减排已成为当今世界许多国家的面临的重要问题。据国际能源署的一份 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 预测，到 2030年全球石油将有 57,消耗在交通运输领域。按照现在的汽车对燃油的平均需求量和汽车数量的增长速度，6 年之后我国汽车总数会超过 1.5 亿，汽车平均每年消耗燃油的量会超过 2.5 亿吨[2]。此外，国外某调查机构的一组权威数据指出，汽车整车质量如果降低 100 千克，那么每一百公里燃油消耗可以降低 0.3~0.6升。为此，汽车等交通工具的轻量化势必成为实现节能减排目标最现实、最有效的途径之一。汽车轻量化首先应该是保证汽车质量和驾驶性能不下降，以这个条件为前提，尽可能地降低各零部件的质量，在减少油耗和污染的同时，提高汽车的动力性能，减少噪声和振动，优化汽车的操纵性能，以及实现安全可靠性等综合目标[3]。 .. 1.2碳纤维复合材料汽车覆盖件的研究现状 复合材料是在第二次世界大战后由西方国家率先发展起来的技术。之前汽车车身一直采用钢制的钣金件，材料比较单一，不能适应人们对轻量化和速度的要求。为此许多国外汽车厂家都积极研究和利用复合材料来实现减轻汽车重量，降低油耗和改善风阻系数的目的。1969年，美国福特公司制成了世界上第一辆碳纤维复合材料赛车GT40，后来，ACT公司用全碳纤维成功设计了一个无骨架式结构汽车。从第一次石油危机以后，碳纤维复合材料CFRP)就逐 步变成汽车行业的一个重要研究对象。基本上现有的研究成果均认为碳纤维复合材料具有作为汽车车身覆盖件材料的优良性能。在众多研究机构和公司中，福特公司开展了很多有关碳纤维复合材料的应用实验。福特公司于1977年成功开发出CFRP材料的汽车引擎罩、传动轴等零部件，次年又有多个CFRP零部件试制成功，总数达到了20个。第三年设计的样车上采用了很多CFRP零部件，使得整车质量从1.69吨下降到1.13吨，实现的减重效果为33,，在这里面因为替换原有钢板降低的质量为320千克[8]。2000年4月，欧洲的就发起了一项名为TECABS碳素纤维汽车结构技术)的研究项目。该项目的目标是通过使用低成本的CFRP使车身重量减少一半，从而降低二氧化碳的释放，提高能源的利用率。参与该项目的有汽车厂商沃尔沃、大众、雷诺，还有零部件供应商，材料厂商，软件商等，除此之外还有来自比利时、德国、法国、瑞士、瑞典等国家的科研机构。2004年，英国Cranfield大学开发出一款汽车，车身采用纯CFRP制成。2003年，日本新能源产业的技术综合开发机构和汽车生产厂商启动了一项研究项目，该项目研究用碳纤维复合材料实现汽车减重，它的目标是使汽车减重达到现有汽车的一半，遭受碰撞时的冲击能量吸收能力提高50%。同时该项目还研究了金属零部件与CFRP之间的连接技术，碳纤维复合材料回收技术和优化设计及分析技术。 .. 第 2 章 碳纤维复合材料引擎盖的设计和工艺理论 2.1 汽车引擎盖的作用和结构 汽车覆盖件是用于构成车身外观的汽车零部件，这些零部件既包含装饰性的零件，又包含了壳状的受力件，例如引擎盖、车顶、行李舱盖等[20]。 汽车引擎盖是汽车覆盖件最重要的组成部分，在汽车使用过程中承担着十分重要的角色。具体来说，有以下作用: 1)隔热隔音。引擎盖位于汽车前端，下面一般是汽车的发动机舱。在汽车行驶的时候，它可以有效隔绝发动机和相关零部件造成的发热和噪音，减少汽车给环境带来的噪音污染，并为驾驶人员提供较为舒适的驾驶环境。 2)空气导流。当汽车在以较高的速度行驶时，空气气流就会在汽车周围产生的阻力和扰流，这些都会对汽车行驶的方向和速度产生影响。引擎盖的外表面能够改变空气相对汽车的流动方向以及对汽车产生的力的大小，降低气流对汽车的造成的不利影响。导流还 能使空气阻力分解成对行驶有益的分量，增加前轮对地面的压力，提高汽车行驶的稳定性。 3)保护发动机和发动机舱内的其他零部件。引擎盖的下面大部分装置都是汽车关乎汽车正常行驶的组成部分，例如发动机、散热器、油路等。对引擎盖进行合理设计，保证良好的力学性能，能防止撞击、腐蚀等对发动机等重要零部件的不良影响，使得汽车可以保证正常工作。 .. 2.2 引擎盖的选材 减少能源的消耗、降低给环境带来的污染以及节约不可再生的资源是目前世界面临的一个十分重要而亟待解决的问题，汽车轻量化是提高燃油经济性、减少能源消耗的非常重要的途径。根据欧洲铝业协会给出的数据，汽车重量每降低100 千克，行驶一千公里能省下 6 升燃油;就驾驶性能方面而言，汽车减重之后，操纵性能改善，同时好可以提高汽车的稳定性，降低噪声和振动带来的不良影响。就安全性而言，因为汽车重量减轻惯性较小，在发生碰撞的时候制动距离也比重量大的汽车小，碰撞时对人的冲击也大大减小，因此安全得多。综上所述，汽车轻量化对于节能减排，为我国汽车企业提供新的发展方向具有十分重大的导向作用。要进一步降低汽车车身的质量，那么就需要选择满足强度和刚度等力学性能要求的材料来替换传统的汽车车身材料，采用复合材料代替传统的车身结构零件，减重幅度可达到 25%~35%，这里选用碳纤维树脂基复合材料来代替传统的合金钢材料来达到进一步实现汽车轻量化的目的。 .. 第 3 章 碳纤维引擎盖的结构设计.........20 3.1 碳纤维复合材料引擎盖的设计.........20 3.2 有限元分析过程.....24 3.3 引擎盖弯曲刚度的仿真分析......27 3.4 引擎盖扭转刚度的仿真分析......31 3.5 引擎盖模态的仿真分析.......34 3.6 两类引擎盖的性能比较.......37 3.7 本章小结..........39 第 4 章 碳纤维引擎盖板的工艺研究.....41 4.1 RTM 工艺的树脂的注入过程和影响因素 ......41 4.2 RTM-Worx 软件介绍 .....42 4.3 RTM 工艺仿真 ........43 4.4 渗透率对充模时间的影响....48 4.5 注射压力对充模时间的影响.......49 4.6 注射温度对充模时间的影响......52 4.7 本章小结....54 第 5 章 总结与展望.....55 5.1 研究总结..........55 5.2 对碳纤维复合材料引擎盖的结构和工艺研究的展望 ........55 第 4 章 碳纤维引擎盖板的工艺研究 4.1 RTM 工艺的树脂的注入过程和影响因素 为减少污染，提高原材料的利用率和生产效率，同时在大批量生产的前提下降低生产成本，选择 RTM 工艺作为制作碳纤维复合材料引擎盖板的方法。RTM 工艺的首要步骤是准备模具，清理模具。模具的设计必须符合要求。除满足强度、密闭性、尺寸和精度等要求外，还必须合理布置树脂的注入口，溢料口和树脂流道，以保证树脂能完全浸润纤维材料，不留死角、干区，气泡能完全排出。其次是在模具内表面涂上胶衣和胶衣本身的固化，涂布时要求胶衣要没有气泡，表面凹凸等不平整处要尽可能少。这样才能保证成型件固化后方便取出并保证表面质量。再次是将碳纤维预浸布制成的预成型体安放在模具中并合模和夹紧模具。在这个过程之中，夹具要保证有良好的定位并有足够大的夹紧力，防止在注射过程中由于树脂的压力造成树脂模具松动和树脂泄漏，影响制件的质量。最后是注射树脂，树脂注入闭合模腔后，在压力和毛细管现象的作用下迅速浸润增强材料，排出腔中空气。模腔内预成型体的存在，将模腔分成了许多形状和大小都不均匀的孔隙。树脂在形状大小各不相同的孔隙中的流动过程十分复杂，按原理的不同大致可以分成两类，其一是树脂在纤维束之间的流动，叫做宏观流动，其二是树脂在纤维束内部的流动，叫做微观流动。其过程基本符合牛顿流体在多孔介质中的渗流的行为，认为树脂的流动遵循达西定律，可据此进行分析计算。 总结 碳纤维复合材料引擎盖作为汽车轻量化的一个初探和尝试，具有很多优点。首先是减重，本文中设计的引擎盖相比原有的引擎盖减重达到 40%，而刚度和模态与原有的引擎盖不相上下。这在保证性能的前提下，减重效果十分显著。其次，伴随着重量的减轻，带来的是能源的节省。如果碳纤维复合材料应用到更多的车身覆盖件上，那么会明显提高燃油的经济性，实现节能的目的。再次是汽车操纵性能的提升。除此之外，资料显示碳纤维引擎盖还有更好的吸能效果，这有利于提高行人和驾驶人员的安全性。所以对碳纤维复合材料引擎盖做结构和功能研究，具有非常重大的意义。就这一目标，本文做了如下工作: 1)查阅了大量的相关文献并进行了分析整理。这些文献大致可以分为碳纤维复合材料的研究历史和进展，复合材料在车身覆盖件上的应用和发展，蜂窝夹层板理论和结构计算，复合材料制造工艺特别是 RTM 工艺，RTM 工艺的影响因素等几大类，这些文献为后续工作中进行设计和工艺分析打下了基础。 2)采用逆向设计的方法建立了复合材料引擎盖蜂窝夹层结构模型，通过改变铺层角度和铺层顺序并分析对刚度和模态的影响，实则是就复合材料引擎盖在设计过程中的要注意的部分问题进行探讨。然后通过与原有引擎盖性能的比较，发现复合材料引擎盖的不足之处的同时，突出表现其轻量化的优越性所在。 3)对 RTM 工艺进行了比较全面的阐述，对部分 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 进行了研究。本文涉及原材料、工艺流程、设备、优缺点、影响因素、制件缺陷等方面。重点分析了预成型体的渗透率、树脂的注射压力和注射温度树脂粘度)对充模时间的影响，并指出压力和温度不当可能引起的缺陷。为 RTM 工艺的预成型体的制备和压力、温度等工艺参数的设计安排提供一定的参考作用。