本文關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料賽車車身覆蓋件設(shè)計及原型制作

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【摘要】：碳纖維復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)具有很高的比強度和比剛度,應(yīng)用于替代傳統(tǒng)的鋼制轎車車身,可減輕其重量40~60%,相當于原重的1/3~1/6。本文以FSAE純電動賽車車身覆蓋件為研究對象,從設(shè)計、試驗和制造等三方面著手研究,將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于FSAE純電動賽車車身,以實現(xiàn)其輕量化的目的。本文首先基于NURBS曲線/曲面造型設(shè)計基本理論,考慮車身總布置,人機工程學(xué)及空氣動力學(xué)等車身造型設(shè)計影響因素,利用CATIA三維建模軟件進行了FSAE賽車車身覆蓋件造型設(shè)計。根據(jù)碳纖維復(fù)合材料的可設(shè)計性,提出了多種車身覆蓋件鋪層設(shè)計方案。為保證車身覆蓋件具有良好的抗沖擊性能,根據(jù)Hashin失效準則及剛度退化方法,建立落錘沖擊有限元模型,并將模擬結(jié)果與沖擊預(yù)試驗結(jié)果進行對比,驗證模型的有效性。在此基礎(chǔ)上結(jié)合不同鋪層厚度、鋪層比例和鋪層角度,對層合板鋪層方案進行數(shù)值模擬。考慮車身輕量化效果,結(jié)合仿真結(jié)果及實際車身覆蓋件鋪層可行性,得到具有較好的承載能力與抗沖擊性能的[(0,90)]4鋪層方式。再對層合板進行落錘沖擊試驗,試驗結(jié)果表明:[(0,90)]4鋪層方式發(fā)生整體失效吸收了36.78J能量,抗沖擊性能佳,適用于FSAE賽車車身覆蓋件鋪層。最后利用真空輔助樹脂傳遞技術(shù)(VARTM)根據(jù)[(0,90)]4鋪層方式制作了FSAE賽車車身碳纖維車身覆蓋件原型,并對覆蓋件與車架裝配進行了機械連接設(shè)計及強度校核。該賽車參加了2015FSAE全國大學(xué)生方程式電車賽。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維復(fù)合材料 車身覆蓋件 鋪層設(shè)計 抗沖擊性能 原型制造(PM) 連接設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U469.696
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題研究背景及意義10-12
• 1.2 碳纖維復(fù)合材料概述12-13
• 1.3 碳纖維復(fù)合材料在車身上的應(yīng)用及其影響13-14
• 1.3.1 碳纖維復(fù)合材料在車身上的應(yīng)用13
• 1.3.2 碳纖維車身對純電動汽車續(xù)航里程的影響13-14
• 1.4 纖維增強復(fù)合材料沖擊性能國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.5 本課題主要研究內(nèi)容17-20
• 第2章 FSAE賽車碳纖維車身覆蓋件設(shè)計20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 車身曲面造型原理20-23
• 2.2.1 曲面造型概述20
• 2.2.2 NURBS曲線/曲面方程20-23
• 2.3 FSAE賽車車身造型設(shè)計23-26
• 2.3.1 車身造型主要影響因素23-24
• 2.3.2 車身造型設(shè)計24-26
• 2.4 FSAE賽車碳纖維車身覆蓋件鋪層設(shè)計方案26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 碳纖維復(fù)合材料鋪層設(shè)計28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 復(fù)合材料損傷分析28-30
• 3.3 復(fù)合材料有限元建模30-34
• 3.3.1 材料模型的選擇與網(wǎng)格劃分30-33
• 3.3.2 接觸處理與施加約束33-34
• 3.4 復(fù)合材料層合板低速沖擊仿真結(jié)果分析34-41
• 3.4.1 沖擊響應(yīng)過程及應(yīng)力狀態(tài)分析34-35
• 3.4.2 鋪層厚度對層合板性能影響分析35-37
• 3.4.3 鋪層角度對層合板性能影響分析37-39
• 3.4.4 鋪層比例對層合板性能影響分析39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 碳纖維車身覆蓋件材料抗沖擊性能試驗研究42-56
• 4.1 引言42
• 4.2 復(fù)合材料能量吸收機理42-43
• 4.3 復(fù)合材料抗沖擊性能試驗方案43-47
• 4.3.1 試驗用增強纖維與織物材料基本性能43-44
• 4.3.2 試驗方案44-47
• 4.4 試驗結(jié)果與討論47-54
• 4.4.1 沖擊損傷模式分析47-48
• 4.4.2 沖擊能量對層合板性能影響分析48-52
• 4.4.3 沖擊質(zhì)量對層合板性能影響分析52-54
• 4.5 本章小結(jié)54-56
• 第5章 FSAE車身碳纖維覆蓋件制作工藝與裝配56-68
• 5.1 引言56
• 5.2 車用復(fù)合材料成型工藝56-58
• 5.2.1 復(fù)合材料成型工藝56-57
• 5.2.2 真空輔助樹脂傳遞成型工藝57-58
• 5.3 碳纖維車身覆蓋件的試制58-61
• 5.3.1 碳纖維車身覆蓋件模具制作58-59
• 5.3.2 FSAE賽車車身覆蓋件試制59-61
• 5.4 FSAE賽車車身覆蓋件裝配61-66
• 5.4.1 機械連接設(shè)計61-63
• 5.4.2 碳纖維車身材料開孔拉伸強度試驗63-64
• 5.4.3 機械連接強度校核64-65
• 5.4.4 FSAE碳纖維車身覆蓋件裝配65-66
• 5.5 本章小結(jié)66-68
• 第6章 結(jié)論與展望68-70
• 6.1 結(jié)論68
• 6.2 展望68-70
• 參考文獻70-74
• 致謝74-76
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項目和成果76

【參考文獻】

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本文編號：577872