100%可回收的碳纤维增强热塑性塑料的车门

放大  缩小 日期:2019-08-21     来源:PT现代塑料    评论:0      
核心提示:一个汽车研究团队正在从事一项为期4年的项目,目标是制造一种更轻质的、100%可回收的碳纤维增强热塑性塑料的车门。
   【中国汽车材料网】一个汽车研究团队正在从事一项为期4年的项目,目标是制造一种更轻质的、100%可回收的碳纤维增强热塑性塑料的车门。
  
  最终的设计:热塑性塑料门的最终概念设计包括一个1.2mm厚的内框结构(灰色)、带腰线的加强件(蓝色和绿色)和一个防侵入梁(橙色,钢制)以及下方的钢筋板(红色),黄色为窗扇加强件。此图没有显示A级表面的外板,它可以被快速安装到内框上(图片来自本田)
  
  热塑性塑料门的最终概念设计(图片来自本田)
  
  该团队在2018年年中为最终的门设计选择了材料和生产工艺,于2019年1月15日冻结了设计,并开始模具制造和原型制作。
  
  “腰线”指由窗玻璃的下边缘形成的造型线,在此放有加强肋,有助于支撑成型的复合材料板。
  
  Pilla指出,为了降低门的整体重量,在发生侧面碰撞的情况下用于保护乘客的防侵入梁必须采用钢结构——具有相同性能的复合材料梁可能太重。该设计的一个关键要素是用于将内框连接到外板上的紧固系统。
  
  Pilla解释说:“A级表面的外板将在组装线的末端被安装到车门上,这便于员工预先安装车门内件,同时还防止在组装过程中对A级表面造成任何损坏。”
  
  内框架上的塑模卡扣的功能是可调的,以适应Y方向的制造公差。他补充说,用于金属紧固件的开槽孔有助于在组装过程中补偿X向和Z向的制造公差。
  
  为有助于减重,目前的车门设计没有传统的内饰板,相反,设计了一些功能性的模塑部件,包括一个注塑成型的地图袋(map pocket)、用ABS 塑料背部成型的天然木纹扶手,以及一些采用泡沫的皮革填充层。这些部件一共重1.34kg,相比之下,作为基准的内饰板重3.49 kg。Pilla表示,该团队希望通过优化设计降低更多的重量。
  
  目前,有限元分析和优化正在进行中,以模拟复合材料车门必须承受的静态载荷情况和动态碰撞载荷。
  
  仅静载荷情况就令人望而生畏,包括门垂度、腰线刚度、镜座刚度、门把手拉刚度及其他。
  
  动载荷测试,目前包括联邦机动车辆安全标准(FMVSS)214准静态极性试验:车门被一根柱子(错过车顶和车身)向内压18in.,同时满足所有最小力的要求。
  
  “与其他两种碰撞试验(75°FMVSS第五百分位阴极(AF5)测试和保险协会公路安全侧面碰撞标准评估(IIHS SICE)测试)相比,这种情况的计算强度最小,这将使我们能够进行更多的设计试验和优化循环。” Pilla说。
  
  Gang Li补充道:“对复合材料生产工艺和结构性能模拟与优化算法的整合,既有趣又富有挑战性,挑战在于系统的复杂性以及所涉及的计算规模。这种整合将结构、材料和生产工艺设计空间融合在一起,为我们提供了更多减重和提高性能的机会。而且,满足这种极性试验载荷情况意味着车门接近于满足其他两种极性和侧面碰撞测试要求。”
  
  “我们到目前为止的测试表明,复合材料的车门很容易满足联邦要求,但作为基准的Acura门的综合性能却比这些要求要高很多。”Pilla说。
  
  到目前为止的有限元分析结果表明,轻量化的复合材料车门能够比基准门吸收更多的能量(分别是23.59 kJ和15.34 kJ),Pilla将其归因于复合材料在初始屈服点之后吸收额外变形能量的能力。但模拟显示,可以对外腰线加强筋和内框架的加固结构进行改进。
  
  按项目最初的时间计划表,在还剩一年的时间里,该团队正在生成制造模拟和工具方法,为生产线的规模扩大和估计的成本创建大批量的生产计划,并为碰撞和力学性能测试、装配和最终测试,以及加速老化测试等生产原型。
  
  生产出来的车门:此图显示的是用于MDX的最终的碳纤维增强热塑性塑料车门,它们将被制造出来(图片来自本田)
  
  最终车门的效果图(图片来自本田)
  
  Pilla说:“由于板的厚度,以及没有得到完全优化,这种复合材料的车门还没有达到目标。虽然比钢的基准门轻了很多,但我们还没有达到减重42.5%的目标。虽然如此,我们却很乐观,因为我们可以做到。”
  
  一个用于安装和功能测试的原型门将很快准备就绪。该项目团队确信,针对此门而开发的材料和技术可以很容易地扩展应用到其他汽车部件上,如螺栓连接部件和白车身部件,而且复合材料工艺的基础设施成本相对较低,从而允许新的OEMs和供应商使用这些技术——这是汽车复合材料的胜利。
 
 
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