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万博手机端不具普惠性的“好”「碳纤维单体壳
作者: admin 来源: 未知 发布时间:2018-08-25 21:36

  :随着整车轻量化科技的进步,复合材料以及轻质铝材将会越来越多的出现在汽车的车身成型技术中。同等质量下强度更高、重量更轻的碳纤维复合材料从眼下来看无疑是一个非常靠谱的选择。在上一期的文章里,车云菌通过哈尔滨工业大学HRT车队的赛车对碳纤维单体车身技术进行了概括式的介绍。今天车云菌将继续跟随哈尔滨工业大学HRT车队的脚步,继续来说说碳纤维单体壳车身的那些事。

  正如之前的文章里讲到的那样,碳纤维单体壳车身技术拥有轻量化、高扭转刚度、高整合度以及高安全性等四大优势,是一种非常理想的车身结构材料形式。可为何其拥有如此多的技术优势却迟迟没有在汽车市场中实现普及呢?原因就在于该技术所存在的短板同样不少。

  第一大短板是成本。对于整车制造企业而言,传统汽车的车身成型工艺包括钢板裁切、冲压、焊接三个过程,而在这三个过程当中,除了焊接以外,作为原材料的钢板或者铝板在整个过程中所承受的均是物理变形,且由于在整个过程中并未加入其它原料,所以传统车身成型工艺的产出和输入并没有带来材料物理特性的改变。换句话说,焊接完成之后的车身钢板还是钢板,并没有因为变成车身了就成为了另一种物质,可换做碳纤维单体壳车身则完全不一样。

  碳纤维复合材料的基材可分为碳纤维预浸布和碳纤维干布两种,二者的区别就在于前者已经完成了树脂浸入的预处理,在成型过程中不需要树脂的加入,而后者则需要在成型工艺时加入树脂。出于成型精度的考虑,碳纤维单体壳车身都采用了碳纤维预浸布作为基材。

  整个碳纤维单体壳车身的制作工艺包含碳纤维丝织布、预浸布、裁剪预浸布、铺层、固化等几个步骤。这一系列的步骤中涉及到既有原材料的物理变化又有材料内部的分子结构变化,也就是说碳纤维单体壳车身成型工艺的产出和输入在原材料特性上已经不再是同一物品,而这直接导致了碳纤维单体壳车身的原材料成本会比金属材料还要贵,特别是预浸布的成本。

  以HRT车队为例,其所使用的碳纤维树脂预浸布售价超过400元每平方米,且由于预先浸入了树脂,所以预浸布对于保存环境有着极高的要求,需要低温保存,否则将会因为树脂将会变质,因此购买后的储存成本亦十分高昂。

  另外是模具成本。碳纤维单体壳的成型技术与大部分的复合材料成型技术类似,采用的是热塑成型,具体点说采用的是真空热压成型。就模具本身而言,热塑成型的模具复杂度就要远远高于冷压模具,自然成本也是居高不下。

  第二大短板是碳纤维单体壳车身结构设计复杂。一般来说,框架式的车身在设计时,只需要对车身整体进行结构设计,因为金属材料有着各项同性的材料特性。顾名思义,各项同性的意思就是指物体内部的物理、化学等性质不会因为方向的不同而有所变化,即某一物体在不同的方向所测出的性能数值完全相同。就比如说同一块钢板,性能放在哪都是一样的。那么在设计过程中,金属材料只需要考虑一个方向就可以。以常用的杨氏模量、泊松比、剪切模量等参数来看,只需要运用一次就可以完成计算。但是碳纤维复合材料就不是这么个情况,碳纤维复合材料的特性是各项异性。

  在不同的方向上碳纤维复合材料会呈现出不同的材料性能,如果更细致一点来看的话,碳纤维复合材料的特性叫正交各项异性,也就是顺着碳纤维的方向上强度更大,而其他方向则很弱。如果把碳纤维复合材料放到三维空间来看的话,那么每一个代表物体刚度的参数就需要计算三个方向,相当于设计工作量提升了三倍。

  与此同时,由于碳纤维复合材料的结构形式更加复杂,所以破坏失效形式也就更加多样化。根据HRT车队的内部设计资料显示,碳纤维复合材料的破坏一般包括以下几种形式:

  2.损伤扩展不明显,几乎没有材料的屈服阶段。简单点说就是破坏不留预警时间。

  3.静强度和疲劳强度的分散性均高于金属,也就是说材料性能的批次均衡性较差。

  这些特点也就导致了碳纤维单体壳车身在设计过程中需要考虑的变量要远远高于传统的车身。

  第四大短板是变形几乎无法修复。这也是碳纤维单体壳车身无法大规模铺开的重要因素。

  由于碳纤维复合材料并不具备金属材料的延展性,所以一旦出现了由外力导致的形变,也就意味着碳纤维单体壳车身内部的碳纤维已经出现了断裂或者是层间树脂脱层。而断裂的碳纤维以及脱层的树脂是无论如何也不可能接起来的,那么碳纤维单体壳车身只能报废。相比之下,到是裂纹还比较好办,重新补上几层碳纤维还能对付。

  第五大短板是碳纤维材料的寿命短。当然了,碳纤维本身是没有问题的,问题是出在作为复合材料基体树脂上。树脂如果通俗点说就是塑料,耐久性要弱于金属。光老化、高低温、酸碱性都会加速其老化过程,继而产生发黄、龟裂、发脆等等问题。这个道理和咱们总会遇到的普通塑料零件的老化是一样的。

  与此同时,碳纤维材料还无法降解只可回收,此种原因主要与其元素构成有关。万博手机端,碳纤维是含碳量在95%以上的高强度和高模量纤维材料,举个不恰当的例子,其成分与石墨有点像,而石墨的稳定性中学化学就学过,所以碳纤维复合材料也只能回收利用而不能通过自然界降解。

  以上就是碳纤维单体壳技术的几大短板,导致这种材料在当前只能应用于高端车型或赛车上。讲完这种材料的特性,在下期文章中,车云菌还将会对HRT车队碳纤维单体壳车身的设计和成型工艺进行更为细致的介绍,敬请留意。

  文章的最后说句题外话,积累这些资料并且完成HRT赛车设计的都是哈尔滨工业大学的本科生,设计HRT赛车时的平均年龄还不到21岁。因此,中国的汽车工业绝对不缺人才和创造力,缺的恐怕只有两个字——环境。

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