東京R&D提出充分利用CFRP各向異性的設(shè)計(jì)方案

據(jù)日經(jīng)BP社報(bào)道，東京R&D公司（總部：東京）在“人與車科技展2012”（2012年5月23～25日于太平洋橫濱國(guó)際會(huì)展中心舉行）上，展出了CFRP（碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料）車身結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)輔助模擬技術(shù)。據(jù)介紹，該技術(shù)可計(jì)算出在滿足所需強(qiáng)度及剛性的同時(shí)使成本及重量最小化的設(shè)計(jì)。



　　在作為要求高強(qiáng)度及高剛性的車身結(jié)構(gòu)材料的CFRP中，大多采用向按照單一方向（UD）或相互垂直的兩個(gè)方向（交叉）排列的纖維片中浸入樹脂，形成“預(yù)浸料”，然后將預(yù)浸料層疊起來加熱，使之接合并硬化的加工方法。用這種方法制造出來的CFRP材料具有各向異性，在纖維排列方向上可發(fā)揮出充分的機(jī)械特性，而在其他方向上卻沒有那么高的強(qiáng)度。CFRP的各向異性是普通金屬材料及樹脂材料所沒有的特點(diǎn)。 123456

　　這種各向異性有望帶來更高的強(qiáng)度，但要想充分利用這一點(diǎn)，必須要準(zhǔn)確掌握哪一方向上承受什么樣的負(fù)荷，因此現(xiàn)在還很難自如使用。據(jù)東京R&D制造本部制造部部長(zhǎng)白巖一行介紹，在汽車領(lǐng)域，運(yùn)用各向異性的設(shè)計(jì)并不是太多。目前，車身結(jié)構(gòu)部件使用CFRP時(shí)，大多在纖維朝向不同方向的情況下層疊預(yù)浸料，使整體具有準(zhǔn)各向同性，并使用與金屬材料及樹脂材料一樣的設(shè)計(jì)方法及模擬技術(shù)。

　　運(yùn)用各向異性的設(shè)計(jì)之所以很難，原因之一在于目前尚未確立如何組合各種預(yù)浸料才能使機(jī)械特性得以優(yōu)化的方法。東京R&D的模擬技術(shù)通過對(duì)數(shù)量龐大的組合實(shí)施驗(yàn)證，得出了最佳設(shè)計(jì)方案。具體操作如下。首先以整個(gè)結(jié)構(gòu)部件為對(duì)象進(jìn)行應(yīng)力分析，找出強(qiáng)度及剛性要求最高的部位。接著，只提取這一部位，實(shí)施與組合相關(guān)的驗(yàn)證，由此確定可在滿足所需機(jī)械特性的同時(shí)使成本及重量最小化的設(shè)計(jì)（預(yù)浸料的種類、方向、層疊張數(shù)等等）。最后將這一結(jié)果反映到上述整個(gè)結(jié)構(gòu)部件的應(yīng)力分析中，確認(rèn)是否達(dá)到了所需要的強(qiáng)度及剛性。如果其他部位出現(xiàn)了新的問題，就再提取該部位回到上一步再次進(jìn)行優(yōu)化。 內(nèi)容來自123456

　　東京R&D今后將使用該模擬技術(shù)，開展CFRP車身結(jié)構(gòu)部件試制等設(shè)計(jì)輔助服務(wù)。據(jù)介紹，現(xiàn)已收到了與汽車部件相關(guān)的委托。



東京R&D受專業(yè)自行車隊(duì)委托試制的CFRP車架。要求“在保持彎曲剛性的情況下提高扭曲剛性”。通過運(yùn)用模擬技術(shù)，在保持彎曲剛性的同時(shí)大幅提高了扭曲剛性。