中年混合的热塑性复合材料赋予承载地板冲击强度( 二 )
采用D-LFT , 还易于嵌入金属附件 , 尤其是需要对嵌件预钻孔以便复合材料流过而包覆在金属周围时 , 这样 , 通过机械连锁就可以实现牢固的结合 。
此外 , D-LFT比带材或有机板便宜 , 更容易在厚的部分成型 。
由于配混是在压机旁边完成的 , 因此D-LFT简化了材料的库存管理 , 为开发项目提供了高度的灵活性 , 从而可以快速改变材料特性 , 包括纤维长度和类型、纤维体积百分含量以及基体材料 。
在制作过程中 , 对材料/工艺的设置是可控的 , 从而可以实现高度的重复性和再现性——这也就是为什么近20年来汽车行业已将这种工艺用于中、大批量的生产中 。
由于研究人员们希望后承载地板薄而轻 , 并能够在吸收高冲击载荷的同时还抗屈曲 , 他们采用了玻璃纤维增强的和碳纤维增强的带材以及D-LFT , 按不同的纤维重量百分比 , 通过对小型部件的测试来进行模拟和初步开发 , 以评估机械性能和填充性能 。
虽然与玻璃纤维的复合材料相比 , 碳纤维的复合材料生产出了更薄、更轻且更刚性的结构 , 但由于成本问题 , 再加上前承载地板已经使用了碳纤维增强材料 , 因此研究人员们在扩大到全尺寸部件的过程中 , 选用玻璃纤维来增强后承载地板 。
由巴斯夫提供的含40%玻纤重量百分比的Ultramid B3K PA6 D-LFT 以及8层含60%玻纤重量百分比的Ultratape B3WG12 PA6 在此得到了应用 。
在经过大量的模拟之后 , 一个1.3m×1.3m的后承载地板最终被设计出来 , 它包括:一个由UD带制成的薄壳、近净形状的结构 , 被预固结成层压交织板 , 其上拥有较厚的D-LFT挤压区;同样由UD带制成的带有深槽的大型波纹板 , 沿部件的纵轴成型 , 从而能以较小的重量和厚度实现高刚性 。 此外 , 两个窗口在铺带过程中即已形成 , 从而允许D-LFT穿透层压板直至需要它的位置 。
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本文插图
由于在大型层压板中很难形成深波纹 , 因此必须同时修改成型工艺和模具 , 才能确保生产出完美的部件 。
这些波纹 , 加上在X形的格子结构中形成复杂肋的两种D-LFT材料 , 为这一区域带来了高惯性矩 , 在薄而轻的设计中增加了部件刚性 , 同时避免了碰撞时发生屈曲 。
部件后部的D-LFT 格子形成了一个挤压区 , 从而可以在追尾事故中吸收能量 。
铝型材被整体成型到承载地板的轴向侧面 , 经特殊的表面处理并通过提供联锁的孔而被粘接到D-LFT和层压板上 。
这些得到精心设计的剖面 , 进一步提高了部件的刚性 , 提供了良好的屈曲性能 , 并能在碰撞过程中将力传递到D-LFT挤压区 。
它们还为将后承载地板直接安装到周围的金属结构上而提供了连接点 。
附加的金属嵌件也能被整体成型到结构之中 , 为安全带锁提供直接安装 。
成功的实施
模拟工作以及对大、小型部件的测试 , 验证了整个混合材料的后承载地板能够被用来管理碰撞载荷 。
进一步的评估显示 , 这项技术应该与传统的金属结构一样安全 。
本文插图
在对后地板模块的设计、可加工性和性能等所有主要方面作了大量的模拟工作之后 , 通过对大型和小型部件的测试 , 验证了这些模拟 , 比如 , 通过几种不同的成型研究 , 可以看看模具行程和填充带来的影响
该项目的一个更大的目标是 , 将整个白车身的重量减至200kg , 这在模拟以及对小型部件的开发过程中 , 从理论上得到了满足 。
然而 , 随着项目的发展 , 需要更好的碰撞性能 , 这就要求在复合材料结构中增加质量 。
此外 , 出于成本考虑 , 使得后承载地板所用增强材料由碳纤维变成了玻璃纤维 。
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