車輛復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)

現(xiàn)代車輛通過使用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)來減輕車重，而復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)具有剛度大、質(zhì)量輕等突出優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。斯圖加特車輛概念研究所的輕量化和混合設(shè)計(jì)部門與3A復(fù)合材料核心材料機(jī)構(gòu)合作，開發(fā)了一種實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)。夾層結(jié)構(gòu)是由較薄的面板和較厚的芯子膠接而成，其中，面板是主要的承載者，采用強(qiáng)度和剛度都較高的材料，主要承受側(cè)向負(fù)荷和平面彎矩；而夾芯主要承受剪切力，采用密度較小的材料，起到減輕質(zhì)量的作用。

對材料和部件進(jìn)行壓力和平面測試，并根據(jù)測試的材料值確定不同載荷下夾層結(jié)構(gòu)的性能。對通用材料夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試并驗(yàn)證其變形行為，同時(shí)檢查夾芯材料對變形行為的影響。以電動(dòng)汽車底盤結(jié)構(gòu)為研究對象，運(yùn)用多載荷約束夾層結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法對其進(jìn)行輕量化研究，在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測試中觀察其結(jié)構(gòu)的變形行為。測試結(jié)果表明，由于采用復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)方式設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)件具有較高的結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度，并具有較高水平的能量吸收能力，因此在保證車輛穩(wěn)定性的前提下，夾層結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)的效果良好。

未來的研究需對夾層材料和結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行實(shí)際的試驗(yàn)驗(yàn)證，并需要對泡沫材料、夾芯部件和夾層部件進(jìn)行更多的測試。此外，還必須檢測匹配的接合技術(shù)，以保證夾層結(jié)構(gòu)的性能。

刊名：Materials Science Forum（英）

刊期：2016年第879期

作者：Simon M.Brückmannet et al

編譯：趙喚