[發明專利]一種復合材料汽車B柱的設計方法

在審

• 申請號: 201911384901.4
• 申請日: 2019-12-28
• 公開（公告）號: CN111143946A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 顧勇濤;劉斌;劉敏;江峰;王磊;白校仲
• 申請（專利權）人: 江蘇亨睿碳纖維科技有限公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 蘇州誠逸知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32313
• 代理人: 曹孝陳

1.一種復合材料汽車B柱的設計方法，其特征在于，具體步驟包括：

（100）、B柱結構設計：將B柱結構設計為金屬-碳纖維復合材料的復合B柱結構；

（200）、B柱鋪層設計；

（300）、強度設計：參考已設計模型及鋪層，運用ABAQUS進行仿真設計，有限元計算，包括建立網格模型，定義材料與截面屬性，邊界條件及載荷；分析對比三種模型計算結果，針對結果進行再設計。

2.根據權利要求1所述的復合材料汽車B柱的設計方法，其特征在于，所述步驟（100）包括：

（110）、B柱結構包括金屬B柱主體和復合材料B柱加強板，根據金屬B柱模型以及尺寸、外觀、性能、材料要求，定義復合材料B柱加強板厚度，復合材料B柱加強板邊界位置；

（120）、根據現有模壓工藝，規定復合材料B柱加強板的相關重要尺寸大小，限定復合材料B柱加強板孔邊距離金屬B柱本體的尺寸，膠層邊距離金屬B柱本體的孔的尺寸。

3.根據權利要求2所述的復合材料汽車B柱的設計方法，其特征在于，所述金屬B柱主體和所述復合材料B柱加強板通過膠層連接，所述金屬B柱主體為高強鋼B柱主體，所述復合材料B柱加強板為碳纖維增強樹脂基復合材料B柱加強板。

4.根據權利要求2所述的復合材料汽車B柱的設計方法，其特征在于，步驟（110）中定義復合材料B柱加強板為厚度3.9mm；步驟（120）中限定復合材料B柱加強板孔邊距離金屬B柱本體4mm，膠層邊距離金屬B柱本體的孔2mm。

5.根據權利要求1所述的復合材料汽車B柱的設計方法，其特征在于，所述步驟（300）包括：

（310）、網格模型建立：分別對金屬B柱主體和復合材料B柱加強板劃分網格，形成有限元網格模型；

（320）、根據材料與截面屬性建立模型；

（330）、邊界條件及載荷：在B柱產品上施加兩個工況，分別為：a、軸向壓縮工況； b 、準靜態三點彎曲工況；

（340）仿真結果計算：

（341）、軸向壓縮仿真結果計算：軸向壓縮采用顯示動力學算法來模擬準靜態過程；

（342）、準靜態三點彎曲仿真結果計算：準靜態三點彎曲仿真同樣采用顯示動力學算法來進行模擬改工況。

6.根據權利要求5所述的復合材料汽車B柱的設計方法，其特征在于，步驟（320）中，共分析三種模型：

HC420LA模型：1.5mm等厚截面金屬模型，材料HC420LA；

B1500HS模型：1.2-1.4mm不等厚截面金屬模型，材料B1500HS；

復合CFRP-金屬B柱模型。

7.根據權利要求5所述的復合材料汽車B柱的設計方法，其特征在于，所述步驟（330）中：a、軸向壓縮工況，首先約束復合B柱加強板的下端6個自由度，再約束其上端的5個自由度，釋放Z向平動自由度，在其上端下施加40mm位移。

8.根據權利要求5所述的復合材料汽車B柱的設計方法，其特征在于，所述步驟（330）中：b 、準靜態三點彎曲工況，首先約束復合B柱加強板的兩端，共計9個自由度，再以直徑120mm剛性圓柱體沿Y對復合B柱進行擠壓，擠壓位置在1/2處靠下，加載行程100mm。

9.根據權利要求7所述的復合材料汽車B柱的設計方法，其特征在于，所述步驟（341）中仿真結果如下：純金屬B柱加強板模型在壓縮量達到13.7mm時，反力達到最大值28.9kN；復合CFRP-金屬B柱加強板模型在壓縮量達到13mm時，反力達到最大值43.7kN。

10.根據權利要求8所述的復合材料汽車B柱的設計方法，其特征在于，所述步驟（342）中仿真結果如下：對于金屬B柱加強板模型，侵入量達到37mm時，仿真計算得到的反力的最大值為41.5kN；對于混合CFRP-金屬B柱加強板模型，侵入量達到36mm時，在有限元仿真計算得到的反力最大值為51.4kN。