碳纤维增强复合材料在汽车副车架中的应用

作者:     发布日期: 2019-06-01     二维码分享

       碳纤维材料具有良好的物理化学性质,其质量轻,密度为1.5~2g/cm3,它的密度不到钢的四分之一,但拉伸强度是钢的7~9倍,其良好的比强度使得其被广泛应用于航空航天等要求轻质高强的领域。其化学性质同样良好,具有耐腐蚀、耐疲劳、耐高低温,同时其具有良好的导电性,介于金属和非金属之间。除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。

碳纤维板     

       纤维增强复合材料是纤维与树脂经过一定的成型工艺形成复合材料。增强纤维主要有碳纤维、玻璃纤维、芳纶等,树脂基体有热塑性树脂和热固性树脂。大多数金属材料的疲劳极限是其拉伸强度的40%~50%,碳纤维增强树脂基复合材料的疲劳极限则可达其拉伸强度的70%~80%。此外,碳纤维增强树脂基复合材料还具有减振性好、破损安全性好及可设计性强等特点,因此在航空航天、交通运输及体育器材中应用越来越广泛。美国空军的F系列战斗机中大量采用了碳纤维材料以减轻机身质量。在汽车方面,宝马公司采用了碳纤维材料来制造汽车车身。
       碳纤维增强环氧树脂基复合材料,其比强度、比模量综合指标,在现有结构材料中是较高的。碳纤维增强环氧树脂基复合材料的比强度可达钛的4.9倍,比模量可达铝的5.7倍。在强度、刚度、质量、疲劳特性等方面有严格要求的领域,在要求高温、化学稳定性高的场合,碳纤维增强环氧树脂基复合材料都颇具优势。纤维增强泡沫夹层复合材料是由上下面板及中间夹芯三层材料制成的复合材料,它的上下面层是高强度、高模量纤维材料,中间是强度较低的轻质夹芯层。上下面板承担主要的拉应力和压应力,芯材主要承担剪切应力。芯材的力学作用机理是连接面层使之成为整体构件,让薄而强的面层在承担较高拉应力的同时不发生屈曲,并将剪切力从面层传向内层。夹层复合材料实际上是复合材料与其它轻质材料的再次复合,采用夹层结构方式是为了提高材料的有效利用率和减轻结构质量。
       以梁板构件为例,在使用过程中,一要满足强度要求,二要满足刚度需要,纤维增强复合材料的特点是强度高,模量低。因此,用单一的复合材料制造梁板,满足强度要求时,挠度往往很大,如果按允许挠度进行设计,则强度大大超过,造成浪费,只有采用夹层结构形式进行设计,才能合理解决这一矛盾,这也是夹层结构得以发展的主要原因。

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