ansys定義碳復合材料的案例
CF/PEEK碳纖維復合材料和傳統(tǒng)碳纖維復合材料在醫(yī)療行業(yè)的應用差異
層間結合強度好，江蘇君華生產的PEEK碳纖維復合材料不易分層。熱塑性在模壓成型時，熔融后結合到一體的結合強度高。所以不易分層。從PEEK與碳纖維結合角度說一些，PEEK和碳纖維之間的結合強度很高,因此纖維釋放現象大大減少或沒有。另外,由于PEEK具有抗蠕變力,PEEK聚合物能夠長時間承受相對大的壓力,不會隨時間擴展,并且具有良好的纖維-母體界面結合強度。
近倆年國內也陸續(xù)有一些單位開始開發(fā)CF/PEEK熱塑性碳纖維復合材料，江蘇君華就是其中的一家。目前江蘇君華生產的熱塑性PEEK碳纖維復合材料，已通過力學性能測試，被多家國內知名醫(yī)療器械單位用于醫(yī)療加工髓內釘器械的瞄準架。目前驗證下來發(fā)現，熱塑性CF/PEEK碳纖維復合材料加工的瞄準架透光性好，強度高，尺寸穩(wěn)性定，100次消毒后依然可以精準定位。
展開 美國宇航局先進復合材料技術之3D打印碳纖維復合材料
技術概述
美國宇航局格倫研究中心（NASA Glenn Research Center）的創(chuàng)新者與路易斯維爾大學和美國空軍合作，開發(fā)了一種增材制造技術，使用熱固性聚酰亞胺樹脂生產具有高溫性能的復合材料零件。
該工藝使用選擇性激光燒結（SLS）來熔融加工NASA新型RTM370酰亞胺樹脂的粉末狀產品，該樹脂填充有精細研磨的碳纖維。隨后可以對所得復合材料零件進行后固化，為高溫航空航天應用做準備，從而提供可承受300°C以上溫度的3D打印復合材料零件。
這是增材制造聚合物技術的重大進步，通過提供一種需要相對較低熔融溫度的SLS工藝，創(chuàng)建得到具有高溫能力的復合材料，從而能夠對具有復雜幾何形狀的零件進行3D打印，以實現高性能應用。
? 3D科學谷白皮書
技術特征
NASA的這項技術是首個成功實現高溫碳纖維填充熱固性聚酰亞胺復合材料的3D打印技術。對碳纖維填充的RTM370進行選擇性激光燒結后進行后固化，以實現更高的溫度性能，從而獲得玻璃化轉變溫度為370℃的復合材料部件。
▲NASA 通過SLS 工藝3D打印的熱固性聚酰亞胺復合材料，打印完成后需進行后固化。
SLS工藝通常使用熱塑性聚合物粉末，所得零件的有效溫度范圍為150-185°C，但與傳統(tǒng)加工材料相比，通常較弱。最近，高溫熱塑性塑料已經通過高溫SLS工藝制造成3D零件，需要380°C的熔化溫度，但這些部件的可用溫度范圍仍低于200°C。
NASA的熱固性聚酰亞胺復合材料在150-240°C之間可熔融加工，允許使用常規(guī)SLS 3D打印設備。隨后，使用多步驟循環(huán)對所得零件進行后固化，將材料緩慢加熱至略低于其玻璃化轉變溫度，同時避免在過程中發(fā)生尺寸變化。
展開 SGL集團攜手英國國家復合材料中心 共同研發(fā)碳纖維復合材料機翼
英國國家復合材料中心（NCC）日前與德國SGL集團達成合作協(xié)議，將針對航空、交通運輸和油氣等領域的市場需求，共同開發(fā)下一代復合材料生產技術，提升一級和二級結構件中復合材料的使用率。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/10372.html
目前，雙方已經利用NCC位于英國布里斯托的實驗設備開展碳纖維織物（包括無卷曲布等）先進加工工藝的項目研發(fā)。年內，雙方將利用SGL集團所提供的碳纖維無卷曲布生產出復合材料機翼樣件。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/10367.html
SGL集團纖維復合材料事業(yè)總裁Andreas Wullner表示說：“NCC具備研發(fā)新一代復合材料技術的經驗和實力。他們的優(yōu)勢尤其體現在航空工業(yè)中。我們很榮幸能夠加入到NCC的戰(zhàn)略項目中，并成為NCC的一份子。雙方的合作將為復合材料的高效應用帶來新的技術和經驗儲備。同時，SGL集團也將借此機會在NCC內部設立辦公司，加強公司在英國市場的影響力。”
NCC首席執(zhí)行官Richard Oldfieldi表示說：“我們很高興SGL集團能夠加入到NCC的創(chuàng)新網絡中來。我們對碳纖維技術有著共同的、深入的理解，同時對它未來的發(fā)展和應用前景都充滿了信心。相信自雙方的共同努力下，會創(chuàng)造出一系列令世人振奮的研究成果。”https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/10362.html
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展開 韓國開發(fā)碳碳復合材料表面處理技術
近日，韓國研究團隊開發(fā)出一種碳碳復合材料表面處理技術，有望替代傳統(tǒng)的鍍鉻工藝。該項技術由韓國碳融合技術院和大英工程公司共同開發(fā)，采用了電解沉積涂裝工藝，可以在碳碳復合材料上呈現出鮮明的色彩。
碳碳復合材料是一種高強度的輕便型未來高端材料，而全州市是韓國碳碳復合材料產業(yè)的重點地區(qū)，隨著用途的進一步拓展，碳產業(yè)的競爭力也有望進一步提升。自2016年起，位于全州的韓國碳融合技術院與大英工程公司開展合作，共同開發(fā)可以呈現碳碳復合材料多彩顏色的電解沉積涂裝技術，該課題名稱為“碳復合配件高級電解沉積新工藝技術開發(fā)”，是一項創(chuàng)新融合研發(fā)項目，歷時兩年取得階段性成功。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/10391.html
值得一提的是，通過此次技術開發(fā)，韓國碳融合技術院將碳碳復合材料上賦予導電性，并與大英工程公司高級電解沉積涂裝技術相結合，可以在包括碳碳復合材料在內的各種絕緣配件上進行電解沉積涂裝。
如果該項技術得到商業(yè)化應用，還有望替代傳統(tǒng)的鍍鉻工藝，緩解環(huán)境污染問題。因此，該項技術已經得到了極大的關注。去年年底，在美國亞特蘭大舉辦的“國際表面處理博覽會”上，大英工程公司與80余家來自航天、航空和汽車行業(yè)的復合材料企業(yè)進行了洽談，與10家企業(yè)基本開展采購商談，也有部分企業(yè)于今年2月實地考察了大英工程公司的生產現場。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/10387.html
今年3月，大英工程公司投資50億韓元，用于興建電解沉積涂裝處理的專用產線，這項碳碳復合材料技術一旦實現商用化，不僅有助于企業(yè)增大銷售，還可以為地區(qū)創(chuàng)造更多的就業(yè)崗位，進而帶動全州地區(qū)的經濟發(fā)展。
展開 
全球復合材料供需基本平衡 航空航天領域成碳纖維復合材料最大應用市場
1、玻璃纖維復合材料需求結構
玻纖具有輕質量、高強度、耐高低溫、耐腐蝕、隔熱、阻燃、吸音、電絕緣等優(yōu)異性能以及一定程度的可設計性，因此在交通運輸、建筑、電子電器、管道、化工、環(huán)保以及國防軍工等領域實現較大規(guī)模應用。
在全球玻纖消費市場中，玻纖的主要應用領域集中在建筑、交通運輸、工業(yè)應用、電子電氣、新能源等領域，占比分別達32%、28%、21%、11%和8%。
2、碳纖維復合材料需求結構
目前，航空航天領域是碳纖維主要應用領域之一，這主要得益于碳纖維具有質輕、高強度的屬性。碳纖維相對于鋼或鋁，減重效果可以達到20%至40%，在航空航天領域，主要應用于飛機的結構材料（占飛機重量的30%左右），因此綜合來看碳纖維的使用能使飛機重量減輕6%至12%，從而顯著地降低飛機的燃油成本。在航空航天領域，碳纖維最早用于人造衛(wèi)星的天線和衛(wèi)星支架的制造，同時因其耐熱耐疲勞的特性，碳纖維在固體火箭發(fā)動機殼體和噴管上也得到了廣泛應用。
除航空航天領域以外，碳纖維復合材料也廣泛應用于體育用品、風電行業(yè)、汽車制造、船舶、電子電氣等領域。從需求占比來看，目前航空航天、體育用品、風電行業(yè)、汽車制造幾大領域的需求規(guī)模占比分別為48%、13%、12%、8%。其他應用領域占比均在5%及以下。
綜上所述，目前，全球復合材料行業(yè)供需基本平衡。份地區(qū)來看，北美地區(qū)復合材料行業(yè)產值最高，產業(yè)結構高端，而中國大陸地區(qū)雖然產值較高，但產業(yè)結構較低端。從應用領域來看，玻璃纖維復合材料在建筑、交通運輸、工業(yè)應用領域應用廣泛，而碳纖維復合材料在航天航空、體育休閑、風電葉片領域應用廣泛。
展開 國防軍工等領域倚重點碳成金的碳纖維復合材料
高性能纖維復合材料屬于高分子復合材料，是由各種高性能纖維作為增強體置于基體材料復合而成。高性能纖維是近年來纖維高分子材料領域中發(fā)展迅速的一類特種纖維。高性能纖維復合材料是發(fā)展國防軍工、航空航天、新能源及高科技產業(yè)的重要基礎原材料，同時在建筑、通信、機械、環(huán)保、海洋開發(fā)、體育休閑等國民經濟領域具有廣泛的用途。
高性能纖維主要分為碳纖維、芳綸纖維、特殊玻璃纖維、超高分子聚乙烯纖維等，其中碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維是當今世界三大高性能纖維。
國內企業(yè)將取得突破
繼石器和鋼鐵等金屬之后，碳纖維被國際上稱之為“第三代材料”，因為用碳纖維制成的復合材料具有極高的強度，且超輕、耐高溫高壓，廣泛應用于航空、汽車及國防領域等。碳纖維是由90%以上的碳元素組成的纖維。碳纖維結構近乎石墨結構，比金剛石結構規(guī)整性稍差，具有很高的抗拉強度，它的強度約為鋼的4倍，密度為鋼的四分之一。碳纖維同時具有耐高溫、尺寸穩(wěn)定、導電性好等其他優(yōu)良性能。
按原料分碳纖維可分為粘膠基碳纖維、聚丙烯腈基碳纖維(PAN基碳纖維)和瀝青基碳纖維，目前世界各國發(fā)展的主要是PAN基碳纖維和瀝青基碳纖維。日本是全球最大的碳纖維生產國，2002年日本東麗(Toray)公司碳纖維生產能力達7300噸/年，東邦公司(TohoTenax)擁有5600噸/年的生產能力，三菱人造絲(Rayon)有4700噸的年產量，這3家公司碳纖維的總銷售份額約占全球小絲束市場的75%。
從2004年起，碳纖維市場突然緊缺，出現了供不應求局面，價格隨之急劇上漲。碳纖維需求擴大的背景包括兩個方面：一是越來越多的民用飛機制造商將碳纖維作為機體材料；二是碳纖維在風力發(fā)電、液化氣罐、自行車、體育用品等領域的用途正在逐漸擴大。
隨著航空航天、體育休閑和擠塑模具工業(yè)應用對碳纖維的需求大幅度增加，全球碳纖維市場正以平均每年兩位數的速度快速增長。
展開 2020碳纖維材料展|復合材料展|高分子材料展
新型無機非金屬材料
先進陶瓷、特種玻璃、新型建筑材料、人工晶體、藍寶石、耐磨材料及設備等；
5. 高性能纖維及復合材料
高性能纖維及材料、碳纖維材料、樹脂基復合材料、碳/碳復合材料、金屬復合材料及設備等；
6. 先進高分子材料
聚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚碳酸脂、功能彈性體材料、特種橡膠、工程塑料、硅材料、氟塑料、高性能氟硅材料、功能性膜材料及設備等；
7. 新能源材料
光催化能源材料、太陽能光伏材料、鋰離子電池材料、先進儲能材料、風電材料、新光源材料、油氣田先進材料及設備等；
8. 電子材料
介電材料、半導體材料、集成電路和光電器件材料、壓電與鐵電材料、熱電材料、導電金屬及其合金材料、磁性材料、光電子材料、電磁波屏蔽材料、多鐵材料、鐵電材料、非晶合金、氧化物存儲材料及設備等；
9.
展開 和泰新材料研發(fā)及生產項目開工 主要生產碳纖維復合材料等新型前沿材料
近日，武漢國家航天產業(yè)基地和泰新材料研發(fā)及生產項目舉行開工儀式。該項目建設周期10個月，預計明年上半年建成投產。鳳凰環(huán)氧樹脂127https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/48285.html
和泰新材料研發(fā)及生產項目是武漢國家航天產業(yè)基地新材料產業(yè)集群的重點項目。項目總投資5億元，占地面積約70畝，建筑面積約4萬方。項目投產后，主要生產SMC片狀模塑料、芳綸蜂窩復合材料、碳纖維復合材料等，均是新型前沿材料，廣泛應用于游艇、賽艇、飛機內板、衛(wèi)星地面天線罩、導彈運輸車發(fā)射車、地面方艙、航空航天等領域。
據悉，和泰新材料項目母公司江蘇和泰光電集團目前在全國光電通信細分領域名列前茅，在湖北已承接大量訂單，與長飛光纖、烽火科技等龍頭企業(yè)均有深度合作。同時公司復合材料領域業(yè)務在湖北市場不斷擴大，今后業(yè)務將深入航天航空、新能源汽車等領域。
展開 【技術干貨】一文詳解影響碳纖維及其復合材料壓縮性能的結構因素（二）碳纖維的微觀結構及壓縮破壞
摘 要
碳纖維及其復合材料因其優(yōu)異的拉伸性能和輕質特性而備受關注，但是，自從它們問世以來，碳纖維及其復合材料在壓縮載荷下的較差性能一直是制約其廣泛應用的主要障礙。
在本系列專題文章中，將會從微觀結構和宏觀角度系統(tǒng)地討論造成這一缺陷的原因，并就如何提高碳纖維及其復合材料的壓縮性能提出了建議。在上期文章中首先介紹了碳纖維壓縮強度的常見測試方法，而本文中主要介紹碳纖維微觀結構及壓縮失效破壞。
附錄：碳纖維及其復合材料壓縮性能專題
《專題一：碳纖維壓縮強度的測試方法》
碳纖維的微觀結構
為了開發(fā)提高碳纖維壓縮性能的方法，了解碳纖維的加工過程及其最終微觀結構是很重要的。生產碳纖維最常用的前驅體為聚丙烯腈（PAN）纖維，下圖1顯示了PAN纖維向碳纖維轉變過程的微觀結構規(guī)律。
碳纖維是通過對PAN纖維進行高度可控的連續(xù)熱處理來制備的，典型的熱處理過程包括：預氧化（又叫熱穩(wěn)定化），低溫碳化和高溫碳化。PAN纖維的熱穩(wěn)定是在空氣氣氛中進行的，通常PAN纖維在不同溫度下經受200至300°C的熱處理，并根據特定前驅體纖維的加工要求在規(guī)定的時間內施加張力。
展開 軍用戰(zhàn)斗機中碳纖維復合材料的應用及材料選擇標準（一）：應力標準
另一方面，使用復合材料不是戰(zhàn)斗機的特權，復合材料在商用飛機上的首次重大應用是空客公司1983年在A300和A310的方向舵上的應用，然后是1985年在垂直尾翼上的應用。
圖1 歐洲臺風戰(zhàn)斗機中的主要材料
由于復合材料具有較高的比剛度和強度，因此在運輸應用中受到廣泛關注，而由于重量較輕，燃料消耗和排放量都可以減少。據悉，一架客機每增加一公斤，每年需要增加130升燃料。可以預計，碳纖維復合材料的使用范圍將達到幾乎所有的區(qū)域和約40%的結構重量將由碳纖維復合材料制成。在新型戰(zhàn)斗機的開發(fā)中，不斷提高性能的需求要求在載重結構上大幅度減輕重量。除了設計技術的改進（例如集成設計、優(yōu)化），碳纖維復合材料以及更高效的施工方法具有顯著的減重潛力。
在本系列文章中將會介紹戰(zhàn)斗機用碳纖維復合材料的選擇標準，以便在重量、強度和成本方面選擇最合適的材料來滿足要求，本文首先介紹了飛機結構的應力標準。
Part 1:飛機結構的應力標準
碳纖維復合材料廣泛應用于許多現代戰(zhàn)斗機，如洛克希德·馬丁F-35閃電戰(zhàn)斗機、歐洲戰(zhàn)斗機、拉斐爾和薩博鷹獅。碳纖維材料是飛機承重結構中應用最廣泛的材料之一，例如：機翼蒙皮、襟副翼、垂直穩(wěn)定器、 機身和尾翼等。
歐洲臺風戰(zhàn)斗機，約40%的結構重量是碳纖維增強復合材料（上圖1）。重量節(jié)省可以增加有效載荷范圍，提供在恒定性能水平下縮小子系統(tǒng)尺寸的機會，或者可提供更好的燃料效率。
再比如，美國第五代戰(zhàn)斗機F/A-22，作為全球最先進的飛機，它在機身、機翼和尾翼的最重要部分使用了碳纖維復合材料。事實上，這款軍機中的鈦合金占該總重量的40%，復合材料占34%。
此外，復合材料的結構強度和耐久性促使了其他飛機部件的開發(fā)。如今的隱形飛機是由碳纖維增強聚合物制成的，因為碳纖維具有優(yōu)越的性能，有助于減少熱輻射和雷達反射。
展開 百年的碳纖維，千年的復合材料
如果從1880年算起，碳纖維誕生距今已有138年的歷史。那時候的碳絲被用來做電燈的燈絲。
如果從1956年算起，碳纖維應用距今也有62年的歷史。那時候的碳絲被用來做耐燒蝕的復合材料。
前后不過百年的歷史，碳纖維已經形成了一條完整的產業(yè)鏈，在高性能復合材料領域占據極為重要的地位。而對于復合材料，歷史則相當久遠。
早在7000年以前，人們已經開始用秸稈和泥土混合，夯實成土墻。這就是早期的復合材料原型，秸稈用來增強，泥土用來做基體。這種土墻環(huán)保耐用，冬暖夏涼。直到上世紀80年代農村還有很多這樣的房子。
復合材料并不是人類的創(chuàng)造，其實，對于復合材料的理解，大概昆蟲、鳥和蝙蝠等動物比人類要理解的更早也更透徹，它們將復合材料的原理應用到筑窩的過程中，以此來抵御天敵的攻擊。燕子嘴銜樹枝和泥巴混合做的窩，堅固又耐用。
所以，人類對復合材料的利用雖然有幾千年歷史，但是對復合材料的理解并不透徹，跟動物并沒有本質區(qū)別。
現代復合材料興起于20世紀40年代，自從玻璃纖維和合成樹脂大量商品化生產以后，纖維復合材料逐漸發(fā)展成為具有工程意義的材料。到這里，可以認為人類對復合材料的理解進入理性認識階段。
碳纖維自從被發(fā)明出來做燈絲之后，應用并沒有擴展開來。因為當時燈泡真空技術達不到，第一個燈泡僅亮了40小時就被氧化了。之后鎢絲替代了碳絲，碳纖維暫別歷史舞臺。
現代復合材料的誕生，催生了人類對高性能纖維的需求，自玻璃纖維之后，硼纖維、碳纖維相繼被寄予厚望，最終碳纖維以其高比強度、高比模量、工藝成熟度高而被廣泛關注。
早期發(fā)展出的現代復合材料，由于性能相對較低、生產量大、使用面廣，被稱之為常用復合材料。后來隨著高技術發(fā)展的需要，在此基礎上又研發(fā)出了高性能的先進復合材料。
復合材料的發(fā)展迅速，其地位也非常重要，對于航空強國來講，尤其具有戰(zhàn)略價值。
展開 
百年的碳纖維，千年的復合材料
如果從1880年算起，碳纖維誕生距今已有138年的歷史。那時候的碳絲被用來做電燈的燈絲。
如果從1956年算起，碳纖維應用距今也有62年的歷史。那時候的碳絲被用來做耐燒蝕的復合材料。
前后不過百年的歷史，碳纖維已經形成了一條完整的產業(yè)鏈，在高性能復合材料領域占據極為重要的地位。而對于復合材料，歷史則相當久遠。富赟貿易（江蘇）有限公司
早在7000年以前，人們已經開始用秸稈和泥土混合，夯實成土墻。這就是早期的復合材料原型，秸稈用來增強，泥土用來做基體。這種土墻環(huán)保耐用，冬暖夏涼。直到上世紀80年代農村還有很多這樣的房子。
復合材料并不是人類的創(chuàng)造，其實，對于復合材料的理解，大概昆蟲、鳥和蝙蝠等動物比人類要理解的更早也更透徹，它們將復合材料的原理應用到筑窩的過程中，以此來抵御天敵的攻擊。燕子嘴銜樹枝和泥巴混合做的窩，堅固又耐用。
所以，人類對復合材料的利用雖然有幾千年歷史，但是對復合材料的理解并不透徹，跟動物并沒有本質區(qū)別。
現代復合材料興起于20世紀40年代，自從玻璃纖維和合成樹脂大量商品化生產以后，纖維復合材料逐漸發(fā)展成為具有工程意義的材料。到這里，可以認為人類對復合材料的理解進入理性認識階段。
碳纖維自從被發(fā)明出來做燈絲之后，應用并沒有擴展開來。因為當時燈泡真空技術達不到，第一個燈泡僅亮了40小時就被氧化了。之后鎢絲替代了碳絲，碳纖維暫別歷史舞臺。
現代復合材料的誕生，催生了人類對高性能纖維的需求，自玻璃纖維之后，硼纖維、碳纖維相繼被寄予厚望，最終碳纖維以其高比強度、高比模量、工藝成熟度高而被廣泛關注。
早期發(fā)展出的現代復合材料，由于性能相對較低、生產量大、使用面廣，被稱之為常用復合材料。后來隨著高技術發(fā)展的需要，在此基礎上又研發(fā)出了高性能的先進復合材料。
復合材料的發(fā)展迅速，其地位也非常重要，對于航空強國來講，尤其具有戰(zhàn)略價值。
展開 百年的碳纖維，千年的復合材料
如果從1880年算起，碳纖維誕生距今已有138年的歷史。那時候的碳絲被用來做電燈的燈絲。
如果從1956年算起，碳纖維應用距今也有62年的歷史。那時候的碳絲被用來做耐燒蝕的復合材料。
前后不過百年的歷史，碳纖維已經形成了一條完整的產業(yè)鏈，在高性能復合材料領域占據極為重要的地位。而對于復合材料，歷史則相當久遠。
早在7000年以前，人們已經開始用秸稈和泥土混合，夯實成土墻。這就是早期的復合材料原型，秸稈用來增強，泥土用來做基體。這種土墻環(huán)保耐用，冬暖夏涼。直到上世紀80年代農村還有很多這樣的房子。
復合材料并不是人類的創(chuàng)造，其實，對于復合材料的理解，大概昆蟲、鳥和蝙蝠等動物比人類要理解的更早也更透徹，它們將復合材料的原理應用到筑窩的過程中，以此來抵御天敵的攻擊。燕子嘴銜樹枝和泥巴混合做的窩，堅固又耐用。
所以，人類對復合材料的利用雖然有幾千年歷史，但是對復合材料的理解并不透徹，跟動物并沒有本質區(qū)別。
現代復合材料興起于20世紀40年代，自從玻璃纖維和合成樹脂大量商品化生產以后，纖維復合材料逐漸發(fā)展成為具有工程意義的材料。到這里，可以認為人類對復合材料的理解進入理性認識階段。
碳纖維自從被發(fā)明出來做燈絲之后，應用并沒有擴展開來。因為當時燈泡真空技術達不到，第一個燈泡僅亮了40小時就被氧化了。之后鎢絲替代了碳絲，碳纖維暫別歷史舞臺。
現代復合材料的誕生，催生了人類對高性能纖維的需求，自玻璃纖維之后，硼纖維、碳纖維相繼被寄予厚望，最終碳纖維以其高比強度、高比模量、工藝成熟度高而被廣泛關注。
早期發(fā)展出的現代復合材料，由于性能相對較低、生產量大、使用面廣，被稱之為常用復合材料。后來隨著高技術發(fā)展的需要，在此基礎上又研發(fā)出了高性能的先進復合材料。
復合材料的發(fā)展迅速，其地位也非常重要，對于航空強國來講，尤其具有戰(zhàn)略價值。
展開 新能源汽車碳纖維復合材料車門輕量化設計
以分析結果為參考，采用等質量替換法，建立碳纖維復合材料車門的有限元模型。以復合材料車門質量最小化為目標函數，靜態(tài)性能為約束條件，進行了自由尺寸優(yōu)化、尺寸優(yōu)化、鋪層順序優(yōu)化。對優(yōu)化結果規(guī)整后進行性能驗證。結果表明，獲得的優(yōu)化方案在滿足性能要求的前提下，實現了車門減重48.3%，完成了車門的輕量化設計。
關鍵詞：新能源;碳纖維復合材料;HyperWorks;拓撲優(yōu)化;輕量化;
0 引言
汽車輕量化是在保證其基本的使用性能、安全性和其成本控制要求的前提下，從結構、材料、工藝等方面，應用新設計、新材料、新技術來實現對汽車整體的減重，以完成汽車向“低能耗”、“低排放”的轉變。材料輕量化是實現車身輕量化設計的主流方向之一。作為車身的關鍵部件之一，車門需要保證足夠的剛度、強度，從而使整車具有良好的安全、振動噪聲和耐久性能。碳纖維增強復合材料以其優(yōu)異的綜合性能、高比強度和比模量和靈活的可設計性在眾多新型輕量化材料中脫穎而出。碳纖維增強復合材料的密度僅為鋼材密度的20%，鋁合金密度的60%，其應用可以使車身減輕30%～60%[1]，其質量僅為鋼的1/4，強度則是鐵的10倍[2]，是一種理想的輕量化替換材料。陳靜等[3]的研究表明，結構優(yōu)化后的碳纖維材料電池箱在質量減少的同時，提高了剛度和模態(tài)頻率；陳偉[4]將碳纖維材料引入汽車B柱支撐板，在確保碰撞性能的情況下減重55%。商業(yè)領域中，碳纖維材料已經大量應用在寶馬、奧迪等量產車型的車身結構中[5]；薛嬌[6]基于傳統(tǒng)金屬材料的汽車B柱，使用等代設計的方法將原有的金屬材料替換成碳纖維復合材料，并在有限元軟件中進行仿真分析。
展開 碳纖維復合材料結構設計要點
如何確定部件的使用載荷，不會超出部件的能力極限，是通過材料力學計算得出。而部件的這個能力極限，就是碳纖維復合材料結構設計者需要考慮的問題。
通過合理的搭配纖維和樹脂，優(yōu)化纖維排布，用最少的材料，滿足設計需求，體現了復合材料設計者精湛的技巧。不過決定復合材料強度與剛度的因素，不但與纖維和樹脂的種類有關，還與碳纖維的鋪層方向以及層與層之間結合搭配有關。
所以，設計者在設計碳纖維復合材料結構部件時，需要考慮三個層級結構的力學性能。
由基體和增強材料復合而成的單層材料，其力學性能決定于組分材料的力學性能、相幾何(各相材料的形狀、分布、含量)和界面區(qū)的性能。
由單層材料層合而成的層合體，其力學性能決定于單層材料的力學性能和鋪層幾何(各單層的厚度、鋪設方向、鋪層序列) 。
最頂層結構是指通常所說的工程結構或產品結構，其力學性能決定于層合體的力學性能和結構幾何。
穩(wěn)定性
除了強度與剛度要求，設計者還需考慮復合材料部件的失穩(wěn)，尤其是對一些細長桿結構，在受壓時，應該能夠保證其原有的直線平衡狀態(tài)。對于一些框架結構部件，如果鋪層不均勻，也會產生翹曲失穩(wěn)，所以在制造過程中尤其注意。最好采用對稱鋪層，以防變形不均勻。
一般情況下，在部件沒有達到極限載荷之下，不允許產生失穩(wěn)現象。但是如果對于一些特殊要求，可以產生失穩(wěn)現象，那么設計過程中，要考慮失穩(wěn)過程不會因此影響極限載荷。
鋪層結構
鋪層結構是碳纖維復合材料結構設計的關鍵，如何把單層結構的優(yōu)異性能傳遞到復合材料結構部件上，鋪層結構起到承上啟下的作用。關于復合材料鋪層應注意以下幾點：
1. 樹脂是碳纖維復合材料力學性能的短板，所以盡量避免將載荷直接加到層間或者樹脂之間。
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