CN204055254U - 用于车辆的梁子组件和车辆 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种用于车辆的梁子组件，其包括梁构件和接合至梁构件的外部表面的第一部分以便沿着第一部分覆盖梁构件的整个长度的至少一个碳纤维预浸层。本实用新型还提供了另外三种用于车辆的梁子组件。此外，本实用新型还提供了包括上述梁子组件的车辆。本实用新型提供的梁子组件能满足性能要求且重量比现有的结构更轻。

Description

用于车辆的梁子组件和车辆
技术领域
本实用新型总的来说涉及车辆领域，更具体地，涉及用于车辆的梁子组件。 
背景技术
对减轻机动车辆重量的需求正与日俱增。在这方面，关注的焦点领域是车辆的框架和总体结构。例如，可以重新设计车辆结构的某些元件，使得这些元件能够由相对较轻的材料(如，聚合物或铝)制成而不是由钢制成。然而，车辆的某些元件还必须具有足够的强度以满足碰撞测试的要求。 
这种元件的一个实例是包含在车门结构中的车门侧防护梁。这种梁的强度和刚度必须足以抵抗因侧面碰撞引起的变形，长度必须足够使侧面安全气囊在车门装饰板与坐在车门旁的乘客之间适当地展开。为了这一目的，车门侧梁由诸如硼钢的高强度材料形成。为了减轻车辆的总重量，已经考虑使用挤制铝管作为车门梁。然而，对于给定的梁设计，挤出级铝合金(如6082或6061)的弹性模量和强度要比硼钢低得多。如果使用铝合金重新设计梁以提供必要的强度和刚度，那么，实际上使用铝合金并未减轻重量。在一些情况下，铝车门梁的重量实际上可能大于具有同样性能的硼钢梁的重量。 
因此，需要满足性能要求并且比现有结构的重量更轻的梁结构和其它承载结构。 
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种既能够满足性能要求又比现有结构的重量更轻的梁结构。 
根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于车辆的梁子组件。该梁 子组件包括梁构件和接合至梁构件的外部表面的第一部分以便沿着第一部分覆盖梁构件的整个长度的至少一个碳纤维预浸层。 
根据本实用新型的一个实施例，该梁子组件还包括：不同于上述至少一个第一碳纤维预浸层并接合至梁构件的外部表面的不同于第一部分的第二部分的至少一个第二碳纤维预浸层。 
根据本实用新型的一个实施例，上述至少一个第二碳纤维预浸层接合至外部表面的第二部分以便沿着第二部分覆盖梁构件的整个长度。 
根据本实用新型的一个实施例，上述至少一个第二碳纤维预浸层的整体厚度不同于上述至少一个第一碳纤维预浸层的整体厚度。 
根据本实用新型的一个实施例，上述至少一个第二碳纤维预浸层与上述至少一个第一碳纤维预浸层接触。 
根据本实用新型的一个实施例，梁构件具有纵轴，并且上述至少一个第一碳纤维预浸层是具有定向平行于该纵轴的纤维的单轴预浸层。 
根据本实用新型的另一个方面，提供了一种用于车辆的梁子组件。该梁子组件包括梁构件、接合至梁构件的外部表面的第一单轴碳纤维预浸层以及接合至第一单轴碳纤维预浸层的外部表面的第二单轴预浸层。第二单轴预浸层的纤维定向被布置成相对于第一单轴碳纤维预浸层的纤维定向呈一非零角度。 
根据本实用新型的一个实施例，该梁子组件还包括接合至第二单轴预浸层的外部表面的第三单轴预浸层，其中，第三单轴预浸层的纤维定向被布置成相对于第二单轴预浸层的纤维定向呈一非零角度。 
根据本实用新型的另一个方面，提供了一种用于车辆的梁子组件。该梁子组件包括梁构件、接合至梁构件的外部表面的第一部分的至少一个第一碳纤维预浸层、以及与该至少一个第一碳纤维预浸层分开并接合至梁构件的外部表面的第二部分的至少一个第二碳纤维预浸层。 
根据本实用新型的一个实施例，上述至少一个第一碳纤维预浸层具有第一整体厚度，上述至少一个第二碳纤维预浸层具有不同第一整体厚度的第二整体厚度。 
根据本实用新型的一个实施例，上述至少一个第一碳纤维预浸层和上 述至少一个第二碳纤维预浸层中的至少一个包括连续重叠地接合的多个预浸层。 
根据本实用新型的另一个方面，提供了一种用于车辆的梁子组件。该梁子组件包括具有长度的梁构件、接合至梁构件的外部表面以便覆盖该长度的第一部分的至少一个第一碳纤维预浸层、以及接合至外部表面以便覆盖该长度的不同于第一部分的第二部分的至少一个第二碳纤维预浸层。 
根据本实用新型的一个实施例，上述至少一个第二碳纤维预浸层的整体厚度不同于上述至少一个第一碳纤维预浸层的整体厚度。 
根据本实用新型的一个实施例，该梁子组件还包括接合至外部表面以覆盖长度的不同于第一部分和第二部分的第三部分的至少一个第三碳纤维预浸层。 
根据本实用新型的一个实施例，上述至少一个第二碳纤维预浸层与上述至少一个第一碳纤维预浸层接触。 
根据本实用新型的一个实施例，上述至少一个第一碳纤维预浸层为编织预浸层。 
根据本实用新型的又一方面，还提供了一种车辆，该车辆包括上述各方面中所涉及的梁子组件。 
本实用新型的有益效果在于，本实用新型提供的梁子组件通过在梁构件上接合重量轻的碳纤维预浸层而对梁构件进行强化，使得强化后的梁子组件既能达到性能要求又有相对轻的重量。 
附图说明
图1A是由接合至梁构件基板的一个或多个碳纤维预浸层形成的梁子组件的一个实施例的局部立体截面图； 
图1B是图1A所示的子组件的端视图； 
图2是由接合至梁构件基板的一个或多个碳纤维预浸层形成的梁子组件的第二实施例的局部平面图； 
图3是由接合至梁构件基板的一个或多个碳纤维预浸层形成的梁子组件的第三实施例的端视图； 
图4是由接合至梁构件基板的一个或多个碳纤维预浸层形成的梁子组件的第四实施例的端视图； 
图5是由接合至梁构件基板的一个或多个碳纤维预浸层形成的梁子组件的第五实施例的局部平面截面图； 
图6是通过将一个或多个预浸层夹在一对金属表面之间形成的层压结构的局部截面图； 
图7是用于测定本文描述的各种梁子组件的力-形变性能的测试装置的示意图； 
图8是由接合至梁构件基板的一个或多个碳纤维预浸层形成的梁子组件的一个实施例的力-形变性能的图示； 
图9是由接合至梁构件基板的一个或多个碳纤维预浸层形成的梁子组件的另一个实施例的力-形变性能的图示； 
图10A是由接合至梁构件基板的一个或多个碳纤维预浸层形成的梁子组件的第五实施例的立体图； 
图10B是图10A所示实施例的端视图； 
图11A是由接合至梁构件基板的一个或多个碳纤维预浸层形成的梁子组件的第六实施例的立体图； 
图11B是图11A所示的实施例的端视图。 
具体实施方式
现已发现可通过在梁构件的周围包覆碳纤维预浸层并将该预浸层接合至梁构件来增强梁构件的强度和刚度。产生的子组件的强度和刚度可以通过在之前接合的层(或多个层)周围依次或连续地包覆一个或多个额外的预浸层并将每个新的层接合至现有结构而得到进一步增强。基础梁构件和接合至其上的所需数量的预浸层形成了梁子组件。 
还发现由相对较轻的材料(如，铝)形成的基础梁构件可通过在其上接合碳纤维预浸层而得到强化，强化的程度可达到使得由该较轻材料的梁构件和附接的预浸层形成的子组件的刚度和强度可以与那些由刚度更大、相对更重的材料(如，硼钢)形成的梁构件相媲美。此外，形成的子组件 的重量低于由相对较重的材料形成的梁构件。 
如本文所使用的，术语“梁结构”或“梁构件”可理解为指代在沿其长度上的至少一个位置由至少一个其它构件所支撑的细长结构或附接并构造用于承受施加在与其支撑处间隔开的位置处的载荷的细长结构。 
如本文所使用的，术语“整体厚度”在应用在碳纤维预浸层时指的是覆盖了部分梁构件的预浸层(或者在多个层依次接合的情况下，为多个预浸层)的总厚度。 
如本文所使用的，应用在本文描述的梁结构和子组件中的术语“刚度”应理解为指代梁结构或子组件抵抗响应于施加的载荷所产生的形变的程度。 
如应用于本文描述的梁构件的术语“外部表面”或“外表面”指的是梁构件或预浸层的暴露在最外侧的表面，该表面易于触及以将预浸层应用于该表面上。例如，在图3和图4所示的箱形梁构件结构中，外表面是如从梁构件的端视图看到的形成该梁构件的最外延或尺寸(如尺寸D1和D2)的表面。在图1A和图1B所示的管状梁构件结构中，外表面是形成该管子的外径的表面22。 
本文描述的预浸层的多个实施例可通过使包覆有碳纤维的胶液基体固化而直接接合至梁构件(或其部分)的相关外表面。在这种情况下，基体的一部分直接接合或附接至梁构件外表面或与梁构件外表面接触。可选地，一个或多个预浸层可以通过接合至直接附接至梁构件的外表面的其它预浸层来间接地接合至梁构件。 
如本领域所知的，碳纤维预浸层是由在热活化环氧树脂或其他胶粘剂的基质中彼此相对固定的碳纤维聚集形成的材料层，其用于将纤维接合到金属表面或其他基板上。当预浸层中的所有碳纤维主要沿着单个轴定向或平行于单个轴时，该预浸层可用。这种预浸层通常被称为“单向预浸层”。还有，当纤维或纤维束被编织到具有交织或互锁布置的纤维结构中，并且预浸层沿着两个或多个方向延伸在单个层或薄片中时，预浸层可用。此外，预浸层材料的形式可以是能够根据需要缠绕该梁构件的薄带。这些类型的预浸层中的任意一种均可以包覆梁构件并接合至梁构件以形成如本文所描 述的子组件。通常，梁构件的整个外部表面会覆盖有一个或多个预浸层，使得梁子组件的受支撑部分(如，梁子组件的端部)和会受到载荷的未受支撑部分均能通过应用预浸层而得以强化。 
根据本文描述的实施例的用于制造梁子组件的预浸层可以从多种来源买到，这些来源例如包括：华盛顿塔科马的东丽复合材料(Toray Composites)(美国)股份有限公司、田纳西州洛克伍德的东邦耐克丝美国(Toho Tenax America)股份有限公司、密苏里州圣路易斯的卓尔泰克(Zolteck)公司、以及德国威斯巴登的德国西格里碳素集团(SGL CARBON SE)。通常，给定预浸层中的纤维在纤维制造公差范围内具有相同的厚度或直径。 
此外，现已发现，具有组合厚度的多个预浸层可连续地应用于梁构件外部表面，以将梁构件子组件的整体尺寸增加至所需尺寸范围内的值。也就是说，单个预浸层(通过重复包覆梁构件)或具有相同厚度或不同厚度的多个预浸层可以连续地应用于梁构件，以获得具有所需整体尺寸的梁构件子组件。 
此外，在多个连续分开的预浸层或薄片接合至梁构件的实施例中，已发现可指定薄片厚度、纤维密度、纤维直径、纤维定向以及每个预浸层的其他特性，以便给予最终的梁子组件所需的刚度和强度。因此，在一定程度上，并且在梁子组件的允许的整体尺寸范围内，梁子组件的刚度和强度可在很大程度上被调节或“调整”。 
此外，梁构件的外表面的不同部分可分别应用不同厚度的分开的预浸层。在图10A和10B示出的实施例中，梁构件200具有接合至其外部表面210的第一部分210a的至少一个第一碳纤维预浸层300，以便仅沿着第一部分210a覆盖梁构件的整个长度。梁构件200还具有不同于上述的至少一个第一预浸层300的至少一个第二碳纤维预浸层310，第二碳纤维预浸层310接合至梁构件外部表面210的不同于第一部分210a的第二部分210b，以便仅覆盖第二部分210b。至少一个第一预浸层300具有第一整体厚度D1，并且至少一个第二预浸层310具有第二整体厚度D2。在图10A和10B所示的实施例中，厚度D2大于厚度D1。在一个特定实施例中，具有整体厚 度D2和D1的单个预浸层分别沿着梁构件外部表面210的整个长度应用。可选地，预浸层300和310中的一个或多个可以由具有不同总整体厚度的多个层形成。 
在所示实施例中，上述的至少第一和第二预浸层300和310彼此接触。然而，根据特定应用的需要，预浸层可定位成彼此不接触。 
在一个特定实施例中，梁构件200具有纵轴，并且该至少一个第一预浸层300为纤维定向平行于该纵轴的单轴预浸层。 
在另一实施例中，覆盖梁构件外部表面的不同部分的预浸层的总厚度是不同的，但是差异是通过多次连续地将一个或多个层应用于一个或多个梁构件部分而产生，这样使得应用至梁构件的一部分的预浸层的总厚度大于应用至该梁构件的另一部分的预浸层的总厚度。因此，例如，具有厚度T1的单个预浸层可应用至梁构件外部表面的第一部分，而两个连续层(分别具有厚度T2)应用至梁构件的第二部分。可指定层的厚度T1和T2，使得2T2>T1。 
参照图11，在另一特定实施例中，应用至梁构件外部表面的预浸层的整体厚度随着预浸层在梁构件的长度上的位置的变化而变化。在图11A和11B所示的实施例中，至少一个第一碳纤维预浸层1102接合至梁构件的外部表面以便覆盖梁总长度的第一部分L1，至少一个第二碳纤维预浸层1104接合至该外部表面以便覆盖总长度的不同于第一部分L1的第二部分L2。在图11A和11B所示的实施例中，该至少一个第二预浸层1104与该至少一个第一预浸层1102接触。然而，根据特定应用的需要，可将预浸层定位成相互不接触。 
在一个特定实施例中，第一预浸层1102和第二预浸层1104中的至少一个为编织预浸层。 
在图11所示的实施例中，应用至梁构件1100的部分L1的层1102的整体厚度为T1。应用至梁构件的部分L2的层1104的整体厚度为T2。应用至梁构件的部分L3的层1106的整体厚度为T3。应用至梁构件的部分L4的层1108的整体厚度为T4。应用至梁构件的部分L5的层1110的整体厚度为T3。应用至梁构件的部分L6的层1112的整体厚度为T2。应用至 梁构件的部分L7的层1114的整体厚度为T1。在所示实施例中，T4>T3>T2>T1。然而，根据特定应用的需要，沿着梁构件长度的各部分的预浸层整体厚度可以以任意所需方式变化，以提供所需的性能特征。 
沿着梁构件长度的任意部分的更大的整体厚度可通过沿着梁构件的该部分应用单个相对更厚的预浸层来提供，或者增加的厚度可以通过将一个或多个附加层连续地应用至梁构件外部表面或应用至前一个预浸层来提供。 
在另一实施例中，一个或多个预浸层应用至梁构件外部表面的一个或多个部分，而该外部表面的一个或多个其它部分未被预浸层覆盖。例如，在一个特定实施例中，至少一个预浸层仅覆盖了梁构件的一部分(以一种类似于图10A和10B中预浸层310覆盖梁构件部分210b的方式)，而梁构件外部表面的剩余部分未被覆盖。通过这种方式，具有具体特征的预浸层(如，预浸层的长度、应用层的整体厚度、层纤维定向以及其它预浸层参数)可选择地应用至梁构件外部表面以便使梁子组件适应对施加至该子组件的不同部分的不同水平的力的响应。这有助于通过对梁的最需要强化的部分应用所需水平的强化来最小化给定性能水平的梁子组件的尺寸和重量。例如，在已知区域会受到弯曲载荷的梁构件上，预浸层可被应用至梁构件的与施加的力相反的一侧的部分外表面，以帮助减小梁构件的被覆盖部分中的弯曲应力并帮助避免会导致梁构件断裂的应变局部化。 
现已发现，基础构件的响应于估计的载荷大小和/或方向的刚度和强度可以通过将预浸层的纤维方向相对于通过基础构件的轴线定向在一个或多个特定方向而得到增强。因此，在某些实施例中，一个或多个预浸层接合至梁构件，使得附接的预浸层中的所有碳纤维主要沿着单个轴定向或平行于单个轴定向。可通过使用任意已知方法以实验和/或分析的方式确定给定的梁子组件所要承受的估计力和力矩的方向、大小和分布。当这些估计的力和力矩得到确定时，可将一层或多层预浸层接合至梁构件的合适外部表面以便提高该构件在载荷作用下的刚度或弯曲强度，或者有助于强化梁构件以抵抗响应于所施加的载荷而产生的任何形变和/或破坏。预浸层的纤维定向经过布置，以便增强基础构件的强度和/或刚度，或者优化或改善基础 构件对给定载荷状况的响应。因此，梁子组件(即，基础构件加上所有附接的预浸层)的机械特性可得到优化以获得对作用在一个或多个选定方向上的力和/或力矩的所需响应，或者提高基础构件对以任意方向作用在基础构件子组件上的力和/或力矩的机械性能。 
图1A和1B示出了车辆梁构件20的一个实施例，该梁构件20可以通过在其外表面接合一层或多层碳纤维(CF)预浸层而得到强化。因此，梁构件20用作可将强化预浸层应用至其上的相对较软的基板。然后，接合的预浸层使基板强化以抵抗施加的载荷。本文描述的梁子组件的实施例中可用的基板或梁构件材料包括铝合金(尤其是挤出级合金，如6082和6061)、钢和其它金属材料。 
梁构件20可以由钢、铝或任意合适的材料形成，并且，例如，当其包含在成品车辆中时和/或在车辆运行期间，其可以承受弯曲、拉伸和/或扭转应力。在图1A和1B所示的实施例中，梁构件20的形式为具有2毫米(mm)的壁厚的挤出6080铝合金管。图1A和1B中的基础梁构件20包覆在三层连续应用的碳纤维预浸层30、40和50中。预浸层30包覆并接合至梁构件20的外部表面。然后，预浸层40包覆并接合至预浸层30的外部表面。预浸层50包覆并接合至预浸层40的外部表面。预浸层30、40和50的厚度均为0.15毫米。 
尽管图1A和1B所示的梁子组件通过将三层连续的预浸层应用至基础梁构件而形成，然而，根据特定应用的需要，子组件可以通过将更少或更多数量的预浸层接合至梁构件而形成。在图1A和1B所示的实施例中，三层编织的预浸层30、40和50连续接合至梁构件20以形成梁子组件。在一个特定实施例中，层30为2x2斜纹编织预浸层，层40为平纹预浸层，而层50为2x2斜纹编织预浸层12K。然而，如果需要，可以使用连续应用的单轴预浸层。此外，根据特定应用的需要，可以使用单轴预浸层和编织预浸层的任意合适组合以形成梁子组件。 
可以使用形成预浸层的一部分的环氧树脂或其它接合剂将预浸层30、40和50接合至梁构件20的表面。接合剂可以在合适的烤炉或热压罐中固化以将预浸层接合至基础构件表面或接合至之前应用至基础构件表面的另 一个预浸层。根据本文描述的实施例的预浸层在室温下通常呈胶粘状。这使得在形成包覆碳纤维的基质的接合剂固化之前，预浸层能够在被放置在基础构件上时接合至基础构件。 
尽管图1A和图1B中的实施例示出的梁构件由圆柱形铝管形成，但是，已经发现预浸层可包覆且接合至具有任何其他形状的梁构件。例如，图3和图4分别示出了单隔室箱形梁构件70(图3)和双隔室箱形梁构件80(图4)。梁构件70具有包覆并接合至其外部表面的一个或多个预浸层90，梁构件80具有包覆并接合至其外部表面的一个或多个预浸层95。这些梁构件上可以接合本文描述的多种类型的预浸层中的任意一种或它们的组合。此外，根据特定应用的要求，本文描述的多种预浸层及其布置可接合至任意其它合适的梁构件结构。 
在图2示出的实施例中，单个单轴预浸层32包覆并接合至管状梁构件120，使得纤维的定向方向如箭头A所示。在该实施例中，纤维定向方向平行于梁构件的纵轴X延伸。这一构造提供了梁构件的响应于施加至梁子组件的横向载荷(即，沿着与轴线X成直角或近似成直角的线施加的载荷)的最大刚度。这种结构的一个应用是在车辆的车门梁中。这种梁可以承受对车辆的侧面碰撞。然而，任意预浸层的纤维定向可相对于参照应用了该预浸层的基础构件所定义的纵轴或其它轴线布置成任意所需角度。 
在一个特定实施例中，单个单向预浸层重复包覆基础构件外部表面，以提供覆盖该基础构件的外部表面的多个预浸层，其中，预浸层纤维以图2中所示的方式沿着该基础构件的纵轴延伸和/或平行于该纵轴延伸。在另一实施例中，通过围绕基础构件包覆多个连续分开的预浸层片来提供多个层，使得每个单轴预浸层中的纤维定向沿着同一轴线对齐或平行于同一轴线，如图2所示。在分开的层包覆该基础构件的位置处，每个连续层可以单独地应用和固化。 
在其它实施例中，预浸层包含在子组件中，使得每个连续的单轴预浸层中的纤维定向被布置为相对于其所接合的相邻层中的单轴预浸层的纤维定向成一角度。例如，在图5所示的实施例中，预浸层190(具有纤维定向190a)直接应用至梁构件102的外部表面，而另一单轴预浸层202(具 有纤维定向202a)接合至预浸层190。此外，单轴预浸层202(具有纤维定向202a)应用至预浸层190，使得层202的纤维定向202a相对于层190的纤维定向190a成一角度。在图5所示的实施例中，层190的纤维定向沿着基础构件的纵轴X延伸或平行于基础构件的纵轴X延伸，层202和212的纤维定向202a和212a各自布置成相对于预浸层190的定向成30度的角。相对于定义的基础构件轴线(或相对于相邻的预浸层的纤维定向)的其它常用纤维定向为0度、45度、60度和90度。然而，连续的预浸层的纤维定向可以被布置成彼此成任意所需的角度或多个角度，从而获得基础构件子组件所需的机械性能。 
固化预浸层接合剂所需的时间将取决于接合剂的化学性质和固化环境。在一个特定实施例中，使用可在市场上买到的具有环氧树脂基质的预浸层。这种环氧树脂在介于200℃至300℃的温度范围内的烤炉中固化需要大约30分钟。可以通过使用热压罐来加速固化过程，在热压罐中，可增加施加给子组件的压力和温度。 
在多个层应用至基础构件的一个或多个表面的实施例中，第一层(或多个层)通过施加高温或者高温和压力(如，在热压罐中)应用并接合至梁构件的金属表面。在这些初始层接合至金属表面并冷却之后，可以以相同方式在初始层上应用并接合其它层。 
在特定实施例中，在将预浸层应用至金属梁构件的表面之前，该表面经过清理或处理以改善预浸层与金属表面之间的接合。例如，冲压或成形的梁构件会在应用半固化片之前经过冲洗，以清除油污和金属屑。可对金属表面应用诸如除油、轻喷砂、机械粗化和/或化学蚀刻的已知预处理操作以增强预浸层与金属表面之间的接合。 
在特定实施例中，在将预浸层应用至金属梁构件的表面之前，在该表面上涂覆了锌层。该锌层可以使用任何已知方法(如电镀或镀锌)沉积在该表面。锌层为基础构件表面提供了织构度。这种织构可促进固化期间纤维与基础构件表面的接合。 
此外，在分开的预浸层包覆基础构件的位置处，不同层可具有与应用至基础构件的一个或多个其它预浸层相同或不同的预浸层厚度、纤维厚度、 密度或其它纤维特征。因此，可通过围绕基础构件外部表面包裹具有不同纤维定向的连续分开的预浸层薄片或层来提供相对于之前描述的基础构件轴的不同纤维定向。连续预浸层的纤维定向可布置为彼此成任意所需角度或多个角度。任意预浸层的纤维定向同样可以相对于参照应用了该预浸层的基础构件所定义的纵轴或其它轴线布置成任意所需角度。 
影响选择预浸层或预浸层的组合的因素包括所需的固化时间、预浸层所要接合的基板的材料、梁子组件的最大允许整体尺寸或信封尺寸(envelope size)、梁组件所需的刚度和/或其它机械性能以及其它相关因素。可以想到使用既包含模量相对较低的碳纤维又包含模量相对较高的碳纤维的预浸层。例如，可以使用包含拉伸模量介于40GPa至400GPa之间的碳纤维的预浸层。还可以想到GSM(每平方米的克数，或g/m2)数量介于范围3K至48K之间的预浸层。 
参照图6，在另一应用中，车辆部件300由一个或多个预浸层302形成，预浸层302夹在一对金属表面304和306之间，从而形成层压结构310。表面304和306可以是分开的元件的部分或同一元件的部分，这些部分被折叠或通过其它方式成形以便夹住或围住预浸层或多个预浸层。表面304和306可使用焊接、机械紧固件或任何其它合适的方法彼此固定，以便将预浸层固定在二者之间。在接合之前将预浸层或多个预浸层固定在金属表面之间能够使得对接合前的表面清理准备的需要降至最小或消除这一需要。被夹住和接合的预浸层起到对将它们包含在内的结构元件进行强化的作用。这种层压结构的应用包括车辆的B柱、车辆的侧车身面板或者能够将一个或多个预浸层夹在两个金属表面之间的任何其它应用。 
通常，当预浸层接合至梁构件的外部表面时，包覆了碳纤维并用于将预浸层附接至梁构件的环氧树脂或接合材料将在碳纤维与金属梁构件表面之间提供隔离层或阻碍。这起到了防止金属表面电化腐蚀的作用。在接合材料提供的阻碍不足的情况下，可在将预浸层附接至金属表面之前在该表面上涂覆一层玻璃纤维。美国纽约州康宁市的康宁公司(Corning Incorporated)是提供适用于这种应用的高模量高强度玻璃的一个可能来源。 
实例 
为了评估各种替代的车门梁实施例的相对刚度和强度，使用了如图7所示的测试装置。车门梁(通常指定为500)的各种实施例由一对以975mm的距离间隔开的支撑件502支撑。在两支撑件之间的中点处施加测试载荷F。 
参照图8，在预浸层包覆的车门梁子组件的一个实施例中，梁构件使用直径25mm、壁厚2mm的6061T6的铝管形成。八个连续0/90度纤维复合预浸层或薄片(其中，每个层由一系列的交替的0°和90°层片形成)接合至梁构件，每个层或薄片的厚度为0.15mm。因此，接合至铝管的外部表面的预浸层的总厚度为1.2mm。 
此外，用于与预浸层包覆的梁构件进行对比的基线钢梁结构包括直径25mm、壁厚1.5mm的硼钢管以及直径25mm、壁厚4.5mm的6061T6铝合金管。出于比较的目的，铝梁设计经过构造以便具有与硼钢梁相当的力-形变性能。图8示出了三种梁的各自的力-形变曲线。 
从图中可以看到，梁构件/预浸层子组件表现出优于每个基线梁结构或与基线梁结构相当的刚度。此外，硼钢梁的重量为1.64kg，铝梁(具有与钢梁相当的性能)为1.69kg。然而，预浸层/铝梁子组件的重量仅为1.02kg。因此，预浸层/铝梁子组件在提供了至少与基线梁结构相当的刚度的情况下减轻了约38％的重量。 
参照图9，在通过使用本文描述的预浸层增加给定重量的梁构件的刚度的实例中，制造了大约具有相同重量的钢基线梁结构和铝基线梁结构。此外，使用了先前实验中的直径25mm、壁厚2mm的6061T6铝管构造了测试预浸层/铝梁子组件。连续的0/90度纤维复合预浸层或薄片(其中，每个层由一系列交替的0°和90°层片形成)接合至梁构件，每个层或薄片的厚度为0.15mm，直到生产出重量大约等于基线梁结构的重量的子组件。这包括将28个连续预浸层接合至铝梁构件。因此，接合至铝管的外部表面的预浸层的总厚度为4.2mm。如图9的力-形变曲线所示，与基线梁结构重量相同的预浸层/铝梁子组件的刚度远远优于基线梁结构的刚度，预浸层/ 铝梁子组件的刚度示出为比基线结构的刚度增加了大约400％。 
应当理解，上述对各种实施例的描述仅为说明的目的。因此，本文所公开的各种结构和操作特征可有多种改变，这些改变不偏离所附权利要求的范围。 

Claims (10)

1.一种用于车辆的梁子组件，其特征在于，所述梁子组件包括：
梁构件；以及
接合至所述梁构件的外部表面的第一部分以便沿着所述第一部分覆盖所述梁构件的整个长度的至少一个第一碳纤维预浸层。
2.根据权利要求1所述的梁子组件，其特征在于，还包括：不同于所述至少一个第一碳纤维预浸层并接合至所述梁构件的外部表面的不同于所述第一部分的第二部分的至少一个第二碳纤维预浸层。
3.根据权利要求2所述的梁子组件，其特征在于，所述至少一个第二碳纤维预浸层接合至所述外部表面的第二部分以便沿着所述第二部分覆盖所述梁构件的整个长度。
4.根据权利要求2所述的梁子组件，其特征在于，所述至少一个第二碳纤维预浸层的整体厚度不同于所述至少一个第一碳纤维预浸层的整体厚度。
5.根据权利要求1所述的梁子组件，其特征在于，所述梁构件具有纵轴，并且所述至少一个第一碳纤维预浸层是具有平行于所述纵轴定向的纤维的单轴预浸层。
6.一种用于车辆的梁子组件，其特征在于，所述梁子组件包括：
梁构件；
接合至所述梁构件的外部表面的第一单轴碳纤维预浸层；以及
接合至所述第一单轴碳纤维预浸层的外部表面的第二单轴预浸层，其中，所述第二单轴预浸层的纤维定向被布置成相对于所述第一单轴碳纤维预浸层的纤维定向呈一非零角度。
7.一种用于车辆的梁子组件，其特征在于，所述梁子组件包括：
梁构件；
接合至所述梁构件的外部表面的第一部分的至少一个第一碳纤维预浸层；以及
与所述至少一个第一碳纤维预浸层分开并接合至所述梁构件的外部表面的第二部分的至少一个第二碳纤维预浸层。
8.一种用于车辆的梁子组件，其特征在于，所述梁子组件包括：
具有一长度的梁构件；
接合至所述梁构件的外部表面以便覆盖所述长度的第一部分的至少一个第一碳纤维预浸层；以及
接合至所述外部表面以便覆盖所述长度的不同于所述第一部分的第二部分的至少一个第二碳纤维预浸层。
9.根据权利要求8所述的梁子组件，其特征在于，还包括接合至所述外部表面以覆盖所述长度的不同于所述第一部分和所述第二部分的第三部分的至少一个第三碳纤维预浸层。
10.一种车辆，其特征在于，包括根据前述任意一项权利要求所述的梁子组件。
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