[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

本發明公開了一種復合材料汽車B柱的設計方法，采用CFRP/高強鋼復合結構，進行CFRP鋪層設計、CFRP?高強鋼連接設計、CAE建模與仿真分析，性能驗證等，可以解決碳纖維?熱成型鋼零部件的結構設計優化、性能評價、連接評價等共性技術問題。本發明復合材料汽車B柱的設計方法，所設計的高強鋼+CFRP復合結構的汽車B柱相比原結構的汽車B柱強度及剛性約有10%的提升，并且實現碳纖維和金屬快速模壓一體成型，為產品實現量產提供了充分的驗證。

技術領域

本發明涉及汽車零部件生產領域，特別是涉及一種復合材料汽車B柱的設計方法。

背景技術

隨著汽車工業的發展，汽車保有量迅速增大，能源問題和環境保護面臨嚴峻形式。汽車輕量化作為有效的應對措施，是當前汽車行業的研究熱點。汽車輕量化主要通過對汽車結構進行優化設計減薄厚度等從而減輕質量；或通過新型輕質材料如鋁合金、復合材料替換原來的鋼鐵等材料。

碳纖維復合材料是當前常用材料中性能較為優異的，有著較高的比剛度和比模量。碳纖維復合材料具有輕質、高強度、優良的減震性、耐疲勞和耐腐蝕等優異性能。同時還具有較高的設計自由度，便于對不同部件的設計制造，是較為理想的車用復合材料，在汽車車身及某些部件上得到越來越廣泛的應用。

B 柱作為車身典型的結構件，其結構相對獨立，B柱為汽車車身在側面碰撞情況中的主要吸能和承力部件。其抗撞性能是在側面碰撞工況下決定對人體造成傷害大小的最為關鍵的因素，B柱所受到的變形情況將會對整個車輛的側面方向結構都會產生一定量的影響。側面碰撞時人體的傷害主要是由于頭、胸、脊椎以及骨盆部位的沖擊所造成的不可逆轉的傷害。若其不具有足夠的剛度，則將會造成較為嚴重的傷亡情況。

因此，亟需解決有限元整車碰撞模型計算時間過長及碳纖維增強復合材料鋪層厚度、鋪層角度與鋪層順序設計的問題。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種復合材料汽車B柱的設計方法，能夠解決碳纖維-熱成型零部件的結構設計優化、性能評價、連接評價等共性技術問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種復合材料汽車B柱的設計方法，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。

在本發明一個較佳實施例中，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。

在本發明一個較佳實施例中，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。

在本發明一個較佳實施例中，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。

在本發明一個較佳實施例中，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；