CN207758262U - 碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁 - Google Patents
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Abstract
一种碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁，属于汽车被动安全领域。碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁包括上面板、波纹芯板和下面板，波纹芯板横截面是波纹状，能在提供足够刚度的同时尽量减少防撞梁质量。上面板与波纹芯板之间、波纹芯板与下面板之间通过胶粘连接。上面板、波纹芯板及下面板均采用0°、‑45°、45°、90°混合交替铺层方式，通过碳纤维预浸布的层数来控制各自的厚度。本实用新型所用的模具包括波纹芯板阳模，波纹芯板阴模和面板阴模，波纹芯板阴模同时又是面板阳模，能够节省模具成本和生产的时间成本。能够有效的实现防撞梁的轻量化设计，减少燃油汽车的油耗或者增加电动汽车的续航里程。
Description
技术领域
本实用新型属于汽车被动安全技术领域，具体涉及一种碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁。
背景技术
随着国家大力提倡新能源汽车，新能源汽车最近几年得到了快速的发展。但纯电动汽车的电池续航里程并没有得到很大的突破，而电动汽车车重降低10％，其续驶里程可增加5.5％，轻量化对电动汽车的作用非同小可。一方面汽车防撞梁作为白车身前端结构重要的组成部分，对防撞梁进行轻量化设计能够为整车的轻量化设计做出重要贡献，另一方面汽车防撞梁作为汽车正面和偏置碰撞时的吸能部件，要承受碰撞冲击载荷，通过塑性变形吸收碰撞能量，并将剩余冲击能量传递给吸能盒和前纵梁等零部件，其结构的刚度、抗撞性和吸能性直接影响汽车的被动安全性。因此，设计一款质量轻且满足碰撞安全性的汽车防撞梁非常有必要。
传统的汽车防撞梁主要是高强度和铝合金防撞梁，对于新能源汽车来说这两种材料的防撞梁轻量化效果不够理想。碳纤维复合材料不仅比刚度、比强度高，而且具有耐疲劳、抗冲击吸能特性优异、结构尺寸稳定性好、设计性好等一些列特点。因此运用碳纤维复合材料，通过合理的结构设计，能够使汽车防撞梁在保证碰撞性能的同时最大化的减轻质量。
实用新型内容
根据上述轻量化和碰撞安全性能的要求，本实用新型设计一款新型的碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁。
本实用新型的技术方案：
一种碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁，包括上面板1、波纹芯板2和下面板3，所述的波纹芯板2横截面是波纹状，在提供足够刚度的同时减少防撞梁质量；所述的上面板1与波纹芯板2之间、波纹芯板2与下面板3之间通过胶粘连接；所述的上面板1、波纹芯板2和下面板3均采用0°、-45°、45°、90°混合交替铺层，且采用关于中面对称的铺层方式，通过碳纤维预浸布的层数来控制各自的厚度。
所述的上面板1和下面板3的厚度为0.8mm～3.6mm，所述的波纹芯板2的幅值为10mm～100mm，所述的波纹芯板2的波数为2个～8个，所述的波纹芯板2的厚度为0.8mm～3.6mm；所述的碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁的厚度为32mm～42mm，宽度为100mm～200mm，长度为1000mm～1500mm。
本实用新型的有益效果：本实用新型的碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁，是由碳纤维的上面板、波纹芯板和下面板通过粘胶而成的夹层结构。碳纤维复合材料的应用能够实现汽车防撞梁的轻量化设计，减少燃油汽车的油耗或者增加电动汽车的续航里程。同时波纹结构芯板的应用能够提高在提高防撞梁刚度的同时最大限度的减少防撞梁的质量，进一步实现轻量化。本实用新型所用的模具包括波纹芯板阳模4，波纹芯板阴模5和面板阴模6，所述的波纹芯板阴模同时又是面板阳模，能够节省模具成本和生产的时间成本。
附图说明
图1是本实用新型所述的碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁的结构示意图。
图2是本实用新型所述的碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁的截面放大图。
图3是本实用新型所述的面板模具、波纹芯板模具示意图。
图4是本实用新型所述的碳纤维预浸布铺层方式示意图。
图5是本实用新型所述的两防撞梁低速碰撞时碰撞力曲线。
图6是本实用新型所述的两防撞梁低速碰撞时侵入量曲线。
图7是本实用新型所述的两防撞梁低速碰撞时比吸能曲线。
图中：1上面板；2波纹芯板；3下面板；4波纹芯板阳模；5波纹芯板阴模；
6面板阴模。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式。
实施例1
结合图1～图7说明本实用新型实施方式，并以某一款汽车防撞梁为例进行具体说明。所述碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁，由上面板1、波纹芯板2和下面板3胶粘而成。所述上面板1、波纹芯板2以及下面板3均为碳纤维复合材料制成，所述上面板1、下面板3通过面板模具热压成型，所述波纹芯板2为波纹芯板模具热压而成，所述的上面板1、波纹芯板2和下面板3均由T300或T700单向碳纤维预浸布通过热压机热压成型，本实用新型考虑到成本优先选用T300碳纤维预浸布，单层厚度为0.14mm。所述上面板1的厚度为2.52mm(铺层方式：[0/90/0/90/0/90/0/90/0/90]s)、下面板3的厚度为1.96mm(铺层方式：[0/90/0/90/0/90/0]s)，所述波纹芯板2的幅值为13mm，厚度为2.24mm(铺层方式：[0/90/0/90/0/90/0/90]s)，波纹芯板的总高度为30.34mm。所述的胶层厚度为0.2mm。
所述波纹芯板2的波数为3个；所述波纹芯夹层结构汽车防撞梁厚度为35.5mm，所述波纹芯夹层结构汽车防撞梁的宽度为140mm，所述波纹夹层结构汽车防撞梁的长度为1300mm。本示例以[0°/90°]n的方式进行交替铺层，通过控制铺层的数目来控制夹层防撞梁面板和芯板的厚度。本实施方式中，上面板1、波纹芯板2和下面板3接触处需要先用砂纸打磨粗糙，并用丙酮溶液清洗后干净才能进行胶粘，以保证粘接的更加牢固。
实施例2
本实施方式为实施例1所述的碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁的制造方法，本制造方法能够同时制作出上面板1、波纹芯板2和下面板3，极大的提高了生产效率。具体包括如下步骤：
①裁剪碳纤维预浸布：通过CAE分析得到所需要的碳纤维层数和防撞梁的最优尺寸，并计算出防撞梁上面板1、波纹芯板2和下面板3所需要的单向碳纤维预浸布面积，本实用新型优先采用T300碳纤维预浸布。根据计算结果，裁剪出合适数量和尺寸的碳纤维预浸布。
②铺脱模布和涂脱模蜡：首先用干净的布将波纹芯板阳模4，波纹芯板阴模5，面板阴模6清理干净，防止有较大灰尘颗粒影响防撞梁表面的光滑度。然后将脱模布分别铺在面板阴模6的上表面、波纹芯板阴模5的上表面，并在脱模布上抹上一层脱模蜡。同时采用脱模布和脱模蜡是为了保证碳纤维与模具脱离更加彻底。
③铺碳纤维预浸布：在脱模布上分别铺好之前裁剪好的碳纤维预浸布，铺层方式为[0°/90°]n交替铺层方式，本实用新型的层数控制在15—30层。所述的上面板与下面板同时热压成型，在上下面板之间铺一层脱模布，以保证上下面板能过分开。在波纹芯板2、上面板1的上表面涂一层涂抹蜡并铺一层脱模布，将波纹芯板阴模5盖在面板阴模上，最后将波纹芯板阳模盖在波纹芯板阴模上。
④热压成型：在热压机上对安装好的模具进行热压成型，加热时间为120min，加热温度为120°，热压机的压力为3Mpa。加热完成后需要让模具自然冷却至常温。
⑤修剪边角料以及胶粘：将上面板1、波纹芯板2和下面板3从模具中取出来，并用切割机将四周多余的边角料切割掉。用砂纸打磨上面板1、波纹芯板2和下面板3的接触处，并用丙酮溶液清洗后干净进行胶粘，以保证粘接的更加牢固。粘胶好后需放进保温箱里进行，以保证结构胶固化。
本说明书通过仿真分析的形式，将碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁与原铝合金防撞梁进行了对比。依据我国强制性法规GB17354-1998前防护装置标准，分别从防撞梁低速碰撞时的最大碰撞力、最大侵入量以及比吸能三个指标进行了对比，虽然侵入量较原铝合金防撞梁大了7.1％，但是没有超过许用侵入量18mm，该碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁在减少最大碰撞峰值力的同时能够实现减重42.9％。可见本实用新型具有一定的轻量化价值。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁，其特征在于，所述的碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁包括上面板(1)、波纹芯板(2)和下面板(3)，所述的波纹芯板(2)横截面是波纹状，在提供足够刚度的同时减少防撞梁质量；所述的上面板(1)与波纹芯板(2)之间、波纹芯板(2)与下面板(3)之间通过胶粘连接；所述的上面板(1)、波纹芯板(2)和下面板(3)均采用0°、-45°、45°、90°混合交替铺层，且采用关于中面对称的铺层方式，通过碳纤维预浸布的层数来控制各自的厚度。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁，其特征在于，所述的上面板(1)和下面板(3)的厚度为0.8mm～3.6mm，所述的波纹芯板(2)的幅值为10mm～100mm，所述的波纹芯板(2)的波数为2个～8个，所述的波纹芯板(2)的厚度为0.8mm～3.6mm；所述的碳纤维增强复合材料波纹芯夹层结构汽车防撞梁的厚度为32mm～42mm，宽度为100mm～200mm，长度为1000mm～1500mm。
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| CN114179451A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-15 | 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 | 一种新型碳纤维复合材料波纹板及应用 |
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