复合材料在汽车安全防撞部件的应用——凌云工业股份有限公司陈梓山

2019-08-15 15:07:02 来源：汽车材料网

导读： 由中国汽车材料网主办的“2019（第四届）新能源汽车轻量化技术研讨会”于7月25—26日在南京圆满召开，现场邀请凌云工业股份有限公司陈梓山针对复合材料在汽车安全防撞部件的应用做报告分享。

【MFC金属板材成形】由中国汽车材料网主办的“2019（第四届）新能源汽车轻量化技术研讨会”于7月25—26日在南京圆满召开，现场邀请凌云工业股份有限公司陈梓山针对复合材料在汽车安全防撞部件的应用做报告分享。（以下文章为小编现场速记内容整理，未经本人审核）

演讲人：凌云工业股份有限公司陈梓山

演讲主题：复合材料在汽车安全防撞部件的应用

大家好，今天在这里跟大家分享复合材料在汽车安全防撞部件的应用。凌云工业主要做安全结构件产品，在目前汽车轻量化这个大背景下，复合材料的应用也是市场下的趋势，复合材料在汽车安全结构件上应用，可能还存在些问题。

首先来了解汽车轻量化材料的概况，在汽车法律法规政策的压力下，轻量化已经成为一个不可避免的趋势，在汽车轻量化材料方面，目前主要还是以高强钢为主，其次是铝合金。此外非金属复材在汽车上也一直有应用，但主要以内外件为主，在结构件和半结构件上的应用相对较少。随着近年来材料工艺方面的发展和提高，非金属材料的性能，以及基本工艺越来越成熟，在汽车上面的应用，也开始出现发展，所以未来部分结构件的以塑代钢的应用，我觉得会有很大的征战。

通过对比几个材料的减重效果，发现铝合金代替高强钢以后，它的效果可以达到减重40%左右，而目前一直应用比较多的长纤维复合材料在铝合金减重的基础上又减重20%左右，可以说这样的轻量化效果是非常有诱惑力。其实之前复合材料在做结构件时应用较多的是在航空航天上，我本人之前也一直是在航空行业，在2000年之前无论是波音还是空客，它们在复合材料的应用上都很少，基本上最高也不超过20%。2000年以后，航空公司对于飞机燃油的经济性以及乘坐的舒适性都提出了更高的要求，波音和空客都在机身方面做了很大的投入。到2005年，对复合材料应用的已经出现了明显的增长趋势，2010年左右，像波音787以及波音A350，它们对复合材料的应用已经超过50%，我们从这个材料的性能以及它的原理来看，复合材料完全可以满足我们所期盼的需求，但是为什么它在汽车上的应用发展会如此缓慢？

我们通过实验研究得出，玻纤的长度越长，材料力学性能以及产品冲击韧性越好。无论是从强度还是冲击都有很明显提升，对于连续纤维，它的比强度和比模量都比较好，所以在做汽车安全结构件时，我觉得还是应该采用连续纤维较好。

目前连续纤维复合材料可能应用在活动杆，座椅背板，还有AB柱等。就复合材料来说，特别是纤维，这个制造工艺基本都是从韩国传过来的，复合材料制造工艺包含：手糊、预浸料、缠绕、拉挤和LCM（复合材料液体模塑工艺）。手糊在汽车行业主要做样件；缠绕、拉挤主要做形状相对规整的结构件，目前预浸料市场的前景相对比较好，主要以模压为主。

连续纤维做起来的话，确实好处很多，它的强度很高本身也比较轻，它最大的缺点就是成型比较困难，例如在做一些简单的结构件时是完全没问题的，但是在做一些比较复杂的零部件时，就没那么简单，在使用连续纤维时就会出现很多问题。我们公司目前研究出，通过模压加上预浸料的方式，它能够很好的成型，另外我们使用连续纤维和烘箱，然后把两个放在一起进一步的模压成形，它的强度已经能够达到一定的要求，也能保证成型出我们想要的结构。

其次就是，注塑+连续纤维预浸料的行为，这个部分采用是也存在一系列我们需要考虑的问题。目前最大的问题就是模具的难度比较大，应用也不是很广泛。

我们做了一个连续纤维局部增强电池包上壳体的案例分析，对于这种形状无法改变的，全部采用连续纤维的情况下是很难做到的，工序会很长。但是我们所采用的方案是对前面模块较低的地方采用连续纤维增强，我们同时也能看到很清楚的纹路，在减轻产品的重量的同时，又能保证这个产品的一个性能指标要求。

复合材料与金属材料不同，在这个设计方面，有很大的区别。因为我们是做产品的，可能会就材料本身来说它的性能比较好，但是在制作期间所产生的时间、成本和效率，对于一些量产车来说，很难承受。我们在设计时就需要一部分使用普通性能材料，一部分采用连续纤维进行局部的补强，我们在成型上可以解决一些问题。但是从设计方面我们还有可能会遇其他问题。由于复合材料它的各项材料性能在很多地方过于自信，使我们在设计时就出现很多问题，不同的产品也会出现不同的问题。

我们公司在做副车架横梁复材替代钢设计时遇到了一个问题，这个材料在开始时横梁是钢制的，后来我们进行了铝制的开发替换，效果都很好。为了做到进一步的减重效果，我们就做了一个复材开发替代，第一步在做选材分析和材料性能测试时都是没问题，按照方案，一部分采用连续纤维，一部分采用碳纤维隔热增强，我们发现，复材隔热件完全可以满足要求，但是放到整个系统时，它会导致很多地方出现应力集中的现象。之后我们针对每个部件进行拆解，发现在追求这个材料性能时，并没有考虑到整体，所以说复合材料的模量和强度比连接的零件高出很多，导致一些连接部位，以及一些拐角地方出现应力集中的现象。我们也对此提出了解决方案，比如降低局部强度，或者在连接地方加固补强，使用胶等。

所以说在材料应用时，可能会发现，我们把材料设计的很完美，但实际时又会出现很多问题，复合材料结构件毕竟与钢铝结构件不同，我们所积累的经验较少，应用的时间也不够长，而且之前在航空航天的应用化程度并没有传导更多的数据，所以说复合材料的应用之路还是任重而道远。

在复合材料设计时我们也涉及到失效准则，复合材料的失效准则包括：Hill型准则、最大应力-应变准则、Tsai-Wu准则、张量多项式准则、Labossiere-Neale参数型。我们在实际操作时会出现与原理的差距很大的现象。连续纤维和非连续纤维的断裂也是不一样的，连续纤维在断裂时会出现缎纹撕裂，它的准则更好判断，但是非连续纤维，要从裂纹的偏转等重新考虑。当两种材料进行混用时，我们在计算时会出现很大的问题。

汽车轻量化是目前不可避免的趋势，凌云未来希望能够通过合作再这方面有更大的进展，未来不仅仅在单一材料方面，还会在多材料混用上，成为以后发展的趋势。

进入首页浏览更多精彩内容 >>