CN209852436U - 一种碳纤维夹层增强复合材料汽车顶盖总成结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种碳纤维夹层增强复合材料汽车顶盖总成结构，其特征在于：顶盖本体上设有前夹层加强梁和后夹层加强梁，其中前夹层加强梁设于顶盖前横梁和顶盖中横梁之间，后夹层加强梁设于顶盖中横梁与顶盖后横梁之间；夹层加强梁的芯材采用硬质泡沫，在顶盖本体周圈设有粘接边缘，顶盖本体的左右粘接边缘与侧围外板进行粘接，前后粘接边缘与风挡粘接，在前后粘接边缘上设有风挡安装孔，安装孔距离轮廓边10mm~15mm。采用结构胶粘接，界面应力分布均匀，提高了部件的疲劳强度。

Description

一种碳纤维夹层增强复合材料汽车顶盖总成结构

技术领域

本实用新型涉及一种碳纤维夹层增强复合材料汽车顶盖总成结构，属于汽车顶盖。

背景技术

在全球节能减排的大背景下，轻量化已是汽车发展的重要趋势之一。汽车轻量化材料主要有高强钢、铝合金、镁合金以及复合材料。在复合材料方面，尤其是碳纤维复合材料具有密度低、强度高等优异的性能特点，能够有效地达到材料轻量化的目的。

汽车顶盖作为大型覆盖件，目前一般采用钢板冲压成型，在车身部件中重量占比较高，因此使用碳纤维复合材料代替传统金属顶盖能够获得明显的轻量化效果。在碳纤维复合材料运用于汽车顶盖的案例中，大部分只针对顶盖本体采用碳纤维复合材料，没有涉及到顶盖横梁。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种碳纤维夹层增强复合材料汽车顶盖总成结构，其能够降低重量，简化装配工艺；同时顶盖总成与车身组成安全笼结构，加之碳纤维复合材料具有极高的机械强度和疲劳特性，从而给极大地提高了车身的安全性能。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种碳纤维夹层增强复合材料汽车顶盖总成结构，包括顶盖本体、顶盖前横梁、顶盖中横梁和顶盖后横梁，顶盖本体采用碳纤维复合材料制成，其特征在于：顶盖本体上设有前夹层加强梁和后夹层加强梁，其中前夹层加强梁设于顶盖前横梁和顶盖中横梁之间，后夹层加强梁设于顶盖中横梁与顶盖后横梁之间；夹层加强梁的芯材采用硬质泡沫，在顶盖本体周圈设有粘接边缘，粘接边缘的宽度为20mm~30mm，顶盖本体的左右粘接边缘与侧围外板进行粘接，前后粘接边缘与风挡粘接，在前后粘接边缘上设有风挡安装孔，安装孔距离轮廓边10mm~15mm。

所述的顶盖本体，其铺层方式为[±45/0/±45/]s（整车X向为0°），由于顶盖横梁和夹层加强梁的存在，铺层设计时可适当减少90°的铺层比例，在顶盖夹层加强梁的区域铺层方式为[±45/0/±45/90/±45/0/0/±45/0/±45]（整车X向为0°），相比本体区域增加了三层，夹层加强梁的芯材铺放于第六层与第七层之间，芯材是加强梁的一部分，铺层内外表面层采用碳纤维斜纹织物，中间层采用单向带和双轴向织物；带铺层的顶盖本体厚度为2mm，夹层加强梁的下表面与顶盖本体左右粘接边缘的下表面处于同一弧面。

顶盖前横梁、顶盖中横梁和顶盖后横梁的铺层方式为[±45/0/0/±45/0]s（整车Y向为0°），由于主要承受Y向冲击和Z向弯曲，所以没有设计90°铺层。所述的铺层，内外表面层采用碳纤维斜纹织物，中间层采用单向带和双轴向织物。通过上述铺层得到的顶盖横梁的厚度为3mm。

所述的顶盖前横梁、顶盖中横梁和顶盖后横梁均设有中部支撑区域和左右端部支撑区域，两区域组成拱形结构；中部支撑区域与顶盖本体进行粘接，左右端部支撑区域与侧围内板进行粘接，粘接位置分别对应于侧围的A、B、C柱，与车身组成安全笼结构。

所述的顶盖前横梁、顶盖中横梁和顶盖后横梁的中部支撑区域和左右端部支撑区域分别设有中部粘接边缘和左右端部粘接边缘；顶盖前横梁的中部粘接边缘前端与顶盖本体的前粘接边缘进行粘接；顶盖后横梁的中部粘接边缘的后端与顶盖本体的后粘接边缘进行粘接。

所述的顶盖前横梁的中部粘接边缘前端和顶盖后横梁的中部粘接边缘后端均设有凹形开口，开口位置与顶盖本体的风挡安装孔对应。顶盖前横梁和顶盖后横梁的螺纹安装孔均为拉铆螺母，顶盖中横梁的中部粘接边缘后端上设有顶棚挂钩固定槽。

相比于现有技术，本实用新型的积极效果是采用碳纤维夹层增强复合材料结构，在减轻顶盖重量的同时提供了足够的刚度。通过合理的铺层方案，来满足顶盖的性能需求，同时使得顶盖表面具有碳纤维的纹理，提升外观质量。采用结构胶粘接，界面应力分布均匀，提高了部件的疲劳强度。

附图说明

图1为顶盖总成的爆炸图。

图2为顶盖总成的正面示意图。

图3为顶盖总成的背面示意图。

图4为图2中B-B截面图。

图5为图2中A-A截面图。

图中：1、顶盖本体，2、顶盖前横梁，3、顶盖中横梁，4、顶盖后横梁，5、侧围外板、6、侧围内板，11、前夹层加强梁，12、后夹层加强梁，13顶盖本体粘接边缘，14、前风挡安装孔，15、后风挡安装孔，21、顶盖前横梁中部粘接边缘，22、顶盖前横梁端部粘接边缘，23、顶盖前横梁凹形开口，24、顶盖前横梁拉铆螺母，31、顶盖中横梁中部粘接边缘，32、顶盖中横梁端部粘接边缘，33、顶棚挂钩固定槽，41、顶盖后横梁中部粘接边缘，42顶盖后横梁端部粘接边缘，43、顶盖后横梁凹形开口，44、顶盖后横梁拉铆螺母，111、前夹层加强梁芯材，121、后夹层加强梁芯材，G、胶层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述：如图1所示，碳纤维夹层增强复合材料汽车顶盖总成包括顶盖本体1、顶盖前横梁2、顶盖中横梁3和顶盖后横梁4。如图3和图5所示，所述的顶盖本体1采用碳纤维复合材料制成，同时设有前夹层加强梁11和后夹层加强梁12，前夹层加强梁芯材111和后夹层加强梁芯材121均采用硬质泡沫，表观密度密度为60kg/m³~150kg/m³，材质可选PET、PVC、PMI等，前夹层加强梁芯材111、后夹层加强梁芯材121与碳纤维一体成型，具有密度低、强度高等优异的性能，对于顶盖本体1的Y向和Z向刚度起到极大的提升作用。在所述的顶盖本体周圈设有粘接边缘13，粘接边缘的宽度为20mm~30mm。粘接边缘的宽度控制是为了保证胶层G宽度，最终保证粘接强度。在前后粘接边缘上设有风挡安装孔，安装孔距离轮廓边10mm~15mm，此距离值是为了保证安装孔周边强度。

所述的顶盖本体1，其铺层方式为[±45/0/±45/]s（整车X向为0°），由于顶盖横梁和夹层加强梁的存在，铺层设计时可适当减少90°的铺层比例。在顶盖夹层加强梁的区域铺层方式为[±45/0/±45/90/±45/0/0/±45/0/±45]（整车X向为0°），相比本体区域增加了三层，前夹层加强梁芯材111、后夹层加强梁芯材121铺放于第六层与第七层之间，主要是在满足装配空间的前提下增加强度。顶盖本体1内外表面层采用碳纤维斜纹织物，中间层采用单向带和双轴向织物。所述的碳纤维斜纹织物为T300 3K斜纹织物或12K斜纹织物，面密度为200gsm，碳纤维斜纹织物，在提供产品力学性能的同时起到装饰产品外观的作用，在经过涂装之后，可以外露碳纤维纹理。所述的单向带和双轴向织物为T700 12K，面密度为300gsm。可采用真空袋压或热模压的方法一步整体成型。所用的树脂体系为环氧树脂体系，混合黏度为400cps~600cps，固化工艺为80℃/6h。通过上述铺层和成型方式，得到的顶盖本体1的厚度为2mm，同时通过控制铺层区域轮廓和模具形面，使得前夹层加强梁11、后夹层加强梁12的下表面与顶盖本体左右粘接边缘13的下表面处于同一弧面。

所述的顶盖前横梁2、顶盖中横梁3和顶盖后横梁4的铺层方式为[±45/0/0/±45/0]s（整车Y向为0°），由于主要承受Y向冲击和Z向弯曲，所以没有设计90°铺层。所用织物类型、树脂体系以及成型固化工艺与顶盖本体1一致，得到的前横梁2、顶盖中横梁3和顶盖后横梁4的厚度为3mm。

如图1和图3所示，所述的顶盖前横梁2、顶盖中横梁3和顶盖后横梁4均设有中部支撑区域和左右端部支撑区域，各部分支撑区域组成拱形结构。同时在对应的支撑区域中均设有中部粘接边缘和左右端部粘接边缘，中部粘接边缘分别是顶盖前横梁中部粘接边缘21、顶盖中横梁中部粘接边缘31和顶盖后横梁中部粘接边缘41，端部粘接边缘分别是顶盖前横梁端部粘接边缘22、顶盖中横梁端部粘接边缘32和顶盖后横梁端部粘接边缘42。顶盖前横梁中部粘接边缘21前端与顶盖本体粘接边缘13前端进行粘接，在顶盖前横梁的中部粘接边缘21前端上设有凹形开口23，开口位置与前风挡安装孔14位置对应。顶盖中横梁中部粘接边缘31后端上设有顶棚挂钩固定槽33，以安装汽车顶棚，槽宽为100mm~150mm，槽面距离顶盖本体1的高度为15mm~20mm。顶盖后横梁中部粘接边缘41后端与顶盖本体粘接边缘13后端进行粘接，在顶盖后横梁中部粘接边缘41后端上设有顶盖后横梁凹形开口43，开口位置与后风挡安装孔15对应。所述的顶盖前横梁2和顶盖后横梁4上分别设有顶盖前横梁拉铆螺母24和顶盖后横梁拉铆螺母44，以代替螺纹安装孔。拉铆螺母安装简易，同时解决了复合材料无法凸焊以及攻丝性差的问题。拉铆之前按照标准件规格确认开孔直径。

如图4所示，以顶盖前横梁2的B-B处截面为例，阐述一下顶盖总成与侧围外板5和侧围内板6的连接方式。如图所示，顶盖本体粘接边缘13左侧与侧围外板5进行粘接，顶盖前横梁端部粘接边缘22与侧围内板6进行粘接，粘接位置分别对应于侧围的B柱，形成环形结构，在侧碰和扭转刚度方面贡献度明显。

以上所述的粘接方式中，所用胶层G的宽度为15mm~30mm，胶层厚度为0.5mm~2mm。

通过上述方案制作而成的顶盖总成，能够减重40%，一阶扭转模态能达到16Hz，一阶弯曲模态能达到24Hz。

以上针对本实用新型的一个实施例进行了详细的描述，但本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡根据本实用新型的技术特点进行的等效实施方案或变更，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种碳纤维夹层增强复合材料汽车顶盖总成结构，包括顶盖本体、顶盖前横梁、顶盖中横梁和顶盖后横梁，顶盖本体采用碳纤维复合材料制成，其特征在于：顶盖本体上设有前夹层加强梁和后夹层加强梁，其中前夹层加强梁设于顶盖前横梁和顶盖中横梁之间，后夹层加强梁设于顶盖中横梁与顶盖后横梁之间；夹层加强梁的芯材采用硬质泡沫，在顶盖本体周圈设有粘接边缘，粘接边缘的宽度为20mm~30mm，顶盖本体的左右粘接边缘与侧围外板进行粘接，前后粘接边缘与风挡粘接，在前后粘接边缘上设有风挡安装孔，安装孔距离轮廓边10mm~15mm。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维夹层增强复合材料汽车顶盖总成结构，其特征在于所述的芯材是加强梁的一部分，铺层内外表面层采用碳纤维斜纹织物，中间层采用单向带和双轴向织物；带铺层的顶盖本体厚度为2mm，夹层加强梁的下表面与顶盖本体左右粘接边缘的下表面处于同一弧面。

3.根据权利要求2所述的一种碳纤维夹层增强复合材料汽车顶盖总成结构，其特征在于所述的铺层内外表面层采用碳纤维斜纹织物，中间层采用单向带和双轴向织物，通过上述铺层得到的顶盖横梁的厚度为3mm。

4.根据权利要求1所述的一种碳纤维夹层增强复合材料汽车顶盖总成结构，其特征在于所述的顶盖前横梁、顶盖中横梁和顶盖后横梁均设有中部支撑区域和左右端部支撑区域，两区域组成拱形结构；中部支撑区域与顶盖本体进行粘接，左右端部支撑区域与侧围内板进行粘接，粘接位置分别对应于侧围的A、B、C柱，与车身组成安全笼结构。

5.根据权利要求1所述的一种碳纤维夹层增强复合材料汽车顶盖总成结构，其特征在于所述的顶盖前横梁、顶盖中横梁和顶盖后横梁的中部支撑区域和左右端部支撑区域分别设有中部粘接边缘和左右端部粘接边缘；顶盖前横梁的中部粘接边缘前端与顶盖本体的前粘接边缘进行粘接；顶盖后横梁的中部粘接边缘的后端与顶盖本体的后粘接边缘进行粘接。

6.根据权利要求5所述的一种碳纤维夹层增强复合材料汽车顶盖总成结构，其特征在于所述的顶盖前横梁的中部粘接边缘前端和顶盖后横梁的中部粘接边缘后端均设有凹形开口，开口位置与顶盖本体的风挡安装孔对应；顶盖前横梁和顶盖后横梁的螺纹安装孔均为拉铆螺母，顶盖中横梁的中部粘接边缘后端上设有顶棚挂钩固定槽。