碳加强质地的综合汽车

包括的事宜

背景

赛车与客车

使用碳纤维合成材料的制造空间框架

制造进程和重量储蓄

合作者和项目目的

材料发展

综合车身的高制造成本的原因

在工业规模的制造的综合车身

在失败情形的综合车身

发展新颖的材料和制造过程

困难与新颖的进程相关

综合客车的设计

综合结构设计

对凹陷和泡沫被挖出果核的成员的使用

给予专利的进程

确定结构部分范围

面板制造

对面板制造的途径

面板造型和定象

空间框架力量和失败阻力

汇总

背景

对二氧化碳放射和世界碳氢燃料的关心预留意味着有严重的兴趣在减少客车的燃料消费的技术上。 在车辆设计范围,体重是改善的最重要的目标,因为对通信工具的机体的重量的减少意味着可以使用一个更小的引擎和一个更轻的传动和集合。 此 ` 良性螺旋’导致进一步集合减少,非常,以便多种研究在任何可能的情况下指示在储蓄的潜在 65% 通过使用碳纤维综合而不是钢。

赛车与客车

航空稳定的碳汽车 (ASCC)程序调查限制对最大化在使用碳纤维综合被制造的一辆轻量级汽车的燃料经济 (CFC)。 当前轻量级综合通信工具,例如赛车,为重量和制造成本原因使用一个单壳机身的强调皮肤设计。 然而,为有大 ` 保险开关’区的客车存取的,使用空间框架支持的纪念品面板途径提供机会给一个更加高效的结构与这个单壳机身的途径比较。 它也提供潜在更加容易地合并局限化的负荷,例如那些从暂挂、引擎和门挂接,位子和安全带,比与稀薄部分强调皮肤途径。

使用碳纤维合成材料的制造空间框架

制造使用碳纤维合成材料的空间框架提供一个非常轻量级结构。 但是使用当前生产工艺,人工成本的一起结合部分和物质上篮限制使用所有,除了最消耗大的适当位置通信工具的一个结构途径。

制造进程和重量储蓄

以回应此,一个新颖的设计和材料途径被设想了并且被开发了。 这个途径使用纺织品预先形成的一个新的形式,被碾压形成单件集成的框架结构。 轻量级面板与这个被装配的框架被结合在系统适合以后。 此途径大约导致 125kg 总体重,与在一辆类似尺寸钢车的 320kg 附近比较。

合作者和项目目的

轻量级综合 Cranfield 大学中心,与莲花工程合作 (CAD 和机体模式制造), Cranfield 影响中心 (影响对价), Tenax 纤维 (碳纤维和预先形成的忠告), Vantico (环氧树脂、用工具加工的材料和粘合剂) 和 BT1 欧洲 (碳纤维织品),在一个轻量级综合机体的设计和发展一个中型 (福特 Focussized) 汽车示威者的运作。 项目目的将设计和制造 ASCC 的碳纤维综合结构在最小的重量,当提供在所有方面的更加极大的僵硬比对于当前钢质车身时。

材料发展

碳或环氧综合的应用对一个轻量级一级结构不是新的,但是这个进程必须约会完全使用在声望体育运动和赛车行业内。 此的示例是 McLaren Fl,结构报告要求远远超出 1,000 个工时熟练劳动铸造综合要素。 航空航天综合技术调用显示为消费者市场提供非常有效结构,虽然在供应不起的费用。

综合车身的高制造成本的原因

轻量级综合汽车结构的非常高制造成本首席归结于三个系数:

原材料的高费用,在使用预浸渍的织品和非常高的废水平在碾压复杂形状要素

要求的高人工成本制造重量优化要素,需要非常与这个厚度的稀薄的 (典型地 0.4mm) 层仔细装饰和对准线为专门制作诉讼负荷分配

非常治疗的上篮和的树脂的高循环时间,因此低从每个工具箱的生产率。

在工业规模的制造的综合车身

更加大容积的生产的一个适当的制造过程 (在 1,000 个和 10,000 个部件之间每年) 汽车一级结构为增强应用和授孕要求不要求现有量完成的更加低价的对自动化的原材料、使用,更低的处理循环时间和被铸造的表面。

在失败情形的综合车身

除小的赛车 monocoques 的之外,综合车身的另一本现期杂志是影响工作情况的不足的经验。 这起因于复杂,材料的非塑料故障,是难塑造或预测。 汽车应用的即所有结构需要满足一定数量的性能准则, :

` 正常’驱动的适当的扭转力坚硬

满足的保护居住者的僵硬和力量在一次低速 (<30mph) 冲突情形下

• 结构的累进和受控故障为了减少伤害的风险在一次高速 (>30mph) 冲突的。

一般,第一二这些标准可以由一个先进的综合结构容易地符合。 第三个需求是更难达到,因为材料倾向于正常运行用直到故障的一个线性有弹性方式,是然后即时和灾难的,留下最小的残余的力量。 轻量级碳纤维结构影响性能区辩解广泛的调查,因为碳纤维综合可能格外提供失败能量吸收高水平,如果结构有效被设计。

发展 新颖的材料和制造过程

由于需要对于轻量级,低价的防撞的结构,完全地新颖的材料和处理概念被设想了并且被开发了。 一个轻量级单件综合结构上的结构和简单,轻量级保税的面板替换复杂形状被僵住的面板常规造型和装配。 此途径提供数潜在的制造和性能好处超过常规途径,包括:

非常大量的材料成本降低通过使用低价的纺织品平台和液体树脂

增强预先形成制造,铸造工具的应用的自动化和授孕进程并且非常大量的减少在铸造的人工成本

有最小的夹具的迅速和低人工成本通信工具机体集合

被改进的防撞性。

困难与新颖的进程相关

然而,此途径存在了一些困难制造技术挑战,因为结构有复杂几何,并且连接综合一级结构是一个非常劳动强度进程。

综合客车的设计

被放弃的这个单壳机身的途径,不需要通过面板联接调用大负荷的一个更加高效的设计,将使用复杂形状的射线和高视阔步一个非常僵硬的结构,报道由稀薄的面板,被结合使用低僵硬粘合剂。 此途径也提供在通信工具集合和配件的福利,因为装载和连接处在这个结构可以提供,并且面板可以在这个进程附近的结束附有通过框架开口提供清楚的存取。

然而,因为当前物质表单和处理解决方法为稀薄的皮肤被开发和没有配合与结构结构,此设计观念的认识是困难的。

综合结构设计

产生的结构设计包括一个唯一高集成造型。 这定义了客舱的外面形状。 基石部分提供副冲击强度的大部分,是 300mm 深。 前暂挂附有空间框架通过一个被闩上的铝机架,如此保护它免受故障在低级冲突期间。 引擎和后方暂挂将附有空间框架通过后方隔框和钢子框架。

对凹陷和泡沫被挖出果核的成员的使用

此结构的唯一的适当的结构上的途径是通过非常僵硬的联接或泡沫被挖出果核的射线连接的使用凹陷。 尝试设计碳纤维综合结构要素,例如自行车构成,导致非常高人工成本。 这起因于必须集成船梁末端在联接或导致和结合联接要素的复杂。 克服此问题,以便启用复杂结构结构的批量生产,新颖的材料和设计方法被设想和随后给予了专利。

给予专利的进程

包括织品的一条常规射线包裹或放入一个轻量级泡沫核心的大直径辫子被泡沫核心,其中每一替换与一个结辨的碳纤维袖子。 此 ` biomimetic’类型集合怀孕,并且结合使用非常低黏度,那里坚韧两部分环氧是起因于使用此途径的三个制造成本好处:

1.      通过在一系列的泡沫填满的结辨的管应用的使用一种持续原料,而不是织品大部分的处理,证言到模子工具有潜在被自动化。

2.      使用一个缩小的一致的袖子也允许联接由采取这种原料形成在曲线附近到被连接的部分。

3.      剪切织品避免依照复杂形状和连接在一非常低级的射线结果的增强浪费。 这应该按大约 2% 的顺序,与至少 30% 比较常规途径的。

确定结构部分范围

这个结构的每个部分从被挖出果核的袖子、这个编号和他们的排列的不同的配置是制作的在必需的负荷调用取决于的联接附近。 要设立对联合僵硬的了解,一个详细实验程序被执行设立设计,并且通用 ` 的 T 制造详细资料’编结结构。 辫子样式、拖曳范围、壁厚度、列阵排列和联接授孕处理条件全部的参数被检查,并且设立了需要提供另外的材料在 ` T 的表面’交叉点局部变厚表面壁厚度。

面板制造

对面板制造的途径

对于面板制造,几个途径调查。 这些包括的有多个轴的 LIBA 型的织品,使用高强度类型从 BTI 欧洲的碳纤维与 Vantico LY 564 树脂和 HY 2962 OE 固化剂、 SP 系统’ SPRINT 织品、树脂影片、语法泡沫和出现的层一种一层三明治织品和 Hexcel 综合’假热塑性塑料的 prepreg。 屋顶、楼层和后方隔框使用包括一块层的一个三明治结构有多个轴的织品一个变坚韧的 PVC 泡沫核心的每个端。

面板造型和定象

面板被铸造使用树脂注入进程和 prepreg 物质面板通过常规真空袋子/烤箱治疗。 这个需求能去除所有面板,不用对这个框架的故障,结合与关于接合准备的小心的结构上的联接,导致决策使用柔软粘合剂。 所有面板,包括屋顶,楼层和隔框,使用聚氨酯黏着性类似于将是保税的用于当前挡风玻璃配件的那些。

空间框架力量和失败阻力

这个项目为完成是由于的在 11月底。 产生的空间框架预计有重量 92kg 和在 15,00ONm/degree 附近关联扭转力坚硬。 对于失败失败减速费率的能量吸收和减少,二个前面影响系统将使用,除附有前暂挂的铝机架之外,一名专用的失败成员将附有此子框架。 结果,空间框架和居住者不应该从属于到重要最大负荷。 副影响撞击安全装置通过非常深刻的部分在这个结构的基石区提供。 在失败期间,这些通过使用薄壁筒形列阵将累进扭屈,提供非常高刚度和力量避免灾难性故障。

汇总

在完成的汽车框架、面板和门在 140kg 附近将有重量和一个总井栏重量在 570kg 附近。 这个项目也设立了一个新颖的设计和制造技术碳纤维综合车身的,预计是可行的从制造方面对每年生产 20,000 辆汽车。 循环时间限制是树脂授孕和治愈时间,因此至 50,000 辆汽车的每年生产数量每年使用聚合物和授孕一个不同的矩阵/与更加巨大的凿出的装饰投资的治疗技术是可能的。

 

主要作者: 安德鲁磨房

来源: 材料世界,第10卷,不 9 页。 20-22, 2002年 9月。

 

关于此来源的更多信息请拜访材料、矿物和开采学院

 

Date Added: Sep 26, 2002 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 11:38

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