[發明專利]一種汽車碳纖維增強復合材料加強件設計方法

有效

• 申請號: 201911069730.6
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110781603B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 錢攀;孟祥龍
• 申請（專利權）人: 上海波客實業有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15
• 代理公司: 上海助之鑫知識產權代理有限公司 31328
• 代理人: 俞黎玉

本發明涉及計算機仿真技術領域，尤其涉及一種汽車碳纖維增強復合材料加強件設計方法，包括：產品結構性能分析，產品結構與鋪層設計以及連接裝配工藝流程。本發明能夠有效解決汽車碳纖維增強復合材料CFRP加強件在性能分析、結構與鋪層設計、出圖制件、連接裝配等不同工作階段中存在的問題，以提供給制造部門足夠令人信服的設計依據。本發明通過對一種汽車碳纖維復合材料加強件設計方法進行闡述，能夠有效將設計、分析、制造及裝配階段等一系列工作內容進行串聯，大幅度提高工作效率，使CFRP開發流程更加規范化。

技術領域

本發明涉及計算機仿真技術領域，尤其涉及一種汽車碳纖維增強復合材料加強件設計方法。

背景技術

在當今節能減排、開發新能源汽車的行業背景下，車身材料輕量化是目前全球汽車工業技術研發的主要目標之一，碳纖維增強復合材料(CFRP，Carbon?Fiber?ReinforcedPolymer/Plastic)以其輕質高強、減振降噪、能夠實現結構與功能一體化等優異的材料特性而逐漸成為業界的新寵。在全新的BMW7系車身結構中，CFRP被用于頂蓋橫梁、B柱、C柱、底部側圍、中通道等加強結構，并與金屬車身骨架進行裝配連接，相比于上一代車型，整車重量減輕130公斤，提高了舒適度和安全性，成為國內外汽車行業開發碳纖維復合材料零部件的先驅者。

由于復合材料的固有特性與金屬材料存在較大差異，基于復合材料的汽車零部件設計方法不能直接套用傳統金屬產品的設計技術，需要綜合考慮復合材料特性、性能要求、成型技術、重量和成本等多方面因素。目前國內碳纖維復合材料在汽車上的應用仍處于探索積累階段，還沒有到批量化生產規模，并且大多是從金屬方案等剛度設計而來，對復合材料零部件的性能評價大多仍沿用金屬產品的行業法規。

綜上，目前國內對于汽車CFRP零部件開發，并沒有形成一套規范的設計流程和開發體系，設計人員和工藝制造人員各自閉門造車，均處于摸索階段，故產生了設計與制造間的“分層效應”。例如工人在模具上鋪覆裁剪纖維布時，并沒有很好的依照設計成果去解決鋪層褶皺，導致生產出來的產品會出現局部氣泡，固化后纖維層雜亂堆疊等現象。

發明內容

針對上述現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種汽車碳纖維增強復合材料加強件設計方法，有效解決汽車CFRP加強件在性能分析、結構與鋪層設計、出圖制件、連接裝配等不同工作階段中存在的問題，以提供給制造部門足夠令人信服的設計依據。

本發明實施例提供的一種汽車碳纖維增強復合材料加強件設計方法，該方法包括：

第一步，產品結構性能分析；

結合產品結構的強度、剛度性能要求，引入復合材料應變和單層破壞設計準則，進行碳纖維增強復合材料結構性能分析，以確定產品結構及鋪層；

第二步，產品結構與鋪層設計；

以碳纖維增強復合材料性能分析結果為基本輸入，同時結合結構及鋪層的設計準則進行迭代設計；

第三步，連接裝配；

汽車碳纖維增強復合材料加強件與金屬零件連接分為設計和工藝兩個階段，首先確定異種材質零件連接界面，其次對連接材料進行選擇和測試，并確定最終的連接裝配工藝方案。

進一步地，上述方法中，所述產品結構性能分析開發流程，包括：

1)輸入自由模態、強度工況以及剛度工況的邊界條件，對原始金屬結構進行性能分析得到性能指標；

2)對原復合材料進行測試；

3)輸入復合材料參數，確定碳纖維增強復合材料結構初步模型；

4)對所述初步模型進行尺寸優化；

5)優化后，得到碳纖維增強復合材料結構詳細模型；