碳纖維復(fù)合材料
關(guān)注創(chuàng)建者：藍(lán)牙 創(chuàng)建時(shí)間：2017-05-28
碳纖維復(fù)合材料的視頻教程
（無聲-配字幕說明）碳纖維復(fù)合材料在汽車輕量化中應(yīng)用建模分析及后處理
碳纖維復(fù)合材料在汽車輕量化中應(yīng)用建模分析及后處理 1. 導(dǎo)入原始模型 2. 新建碳纖維復(fù)合材料模型 3. 選擇關(guān)鍵碰撞零件輕量化 4. 防撞梁碳纖維復(fù)合材料定義，鋪層定義，鋪設(shè)角度定義 5.導(dǎo)出提交計(jì)算 6. 重量測(cè)量 7. 后處理 曲線提取 能量曲線， 前圍板變形量（多位置） 座椅加速度/位移、速度。 如何把兩個(gè)曲線放在一個(gè)圖上
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利用注塑成型軟件Moldflow，模擬出碳纖維復(fù)合材料薄壁件的注塑成型過程，可提取薄壁件內(nèi)部短碳纖維取向分布，成型件翹曲變形量、體積收縮等數(shù)據(jù)，利于進(jìn)行成型質(zhì)量?jī)?yōu)化。
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碳纖維復(fù)合材料的實(shí)例教程
碳纖維復(fù)合材料在汽車應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)：
1 輕量化
與其他材料相比，碳纖維復(fù)合材料具有不可比擬的強(qiáng)度和比模量，密度僅為1.6g/cm？3；左右，遠(yuǎn)低于鋼和鋁，在汽車車身等零件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以減少約35%的質(zhì)量，降低燃料消耗，例如大眾新推出的XL1車型采用碳纖維復(fù)合材料車身和零部件只有795千克的總質(zhì)量部分，結(jié)合混合動(dòng)力技術(shù)，一百公里油耗僅0.9升。
2 耐久性
碳纖維復(fù)合材料主要由碳纖維束和樹脂材料組成，化學(xué)穩(wěn)定性好，無需進(jìn)行表面防腐處理，其耐候性和耐老化性好，壽命一般是鋼的2-3倍。碳纖維布制得的功能部件的疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鋼的疲勞強(qiáng)度。
3 安全性
碳纖維復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度一般3500Mpa以上，是普通鋼的5倍，碳纖維材質(zhì)在碰撞變形的座艙很小，能有效地保護(hù)駕乘者的生存空間。將碰撞編織能量吸收結(jié)構(gòu)在高速碰撞碎片中轉(zhuǎn)化為較小的碎片，吸收大量的沖擊能量（一般鋼的能量吸收3倍以上），可以有效地提高車輛的被動(dòng)安全性。4 美觀性
表面涂上一層清漆，碳纖維的兩個(gè)緯度或?qū)蔷€的交叉排列順序清晰可見，顯得致密規(guī)整。碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于后擾流板、后視鏡、屋頂、儀表板、側(cè)板組成，門芯板和方向盤上創(chuàng)建可視化更高科學(xué)技術(shù)的車輛的運(yùn)動(dòng)和視覺效果。
碳纖維復(fù)合材料在汽車各系統(tǒng)的應(yīng)用
隨著汽車輕量化發(fā)展理念的不斷發(fā)展，各大汽車廠商都在不斷地開發(fā)使用碳纖維汽車零部件。汽車已成為世界第四大碳纖維應(yīng)用市場(chǎng)，并將在未來五年內(nèi)迎來巨大的市場(chǎng)需求。
目前，碳纖維復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于汽車車身及零部件的制造中。如：汽車車身、內(nèi)外裝飾、底盤系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等。
1 碳纖維在汽車車身中的應(yīng)用
碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料具有足夠的強(qiáng)度和剛度，是制造汽車車身的最輕的材料。碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用可以降低汽車車身的質(zhì)量40%～60%，相當(dāng)于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的1/3 ～ 1/6。
展開 從目前情況看，在無人機(jī)上使用碳纖維復(fù)合材料是減輕機(jī)體重量和增強(qiáng)機(jī)身機(jī)翼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有效途徑，但是這也需要適用于無人機(jī)的碳纖維復(fù)合材料在材料設(shè)計(jì)及工藝體系方面進(jìn)行配合，才能最大化地體現(xiàn)和利用碳纖維復(fù)合材料的特殊優(yōu)勢(shì)。（來源：新材料探路者）
近三年來，我國(guó)碳纖維及其復(fù)合材料的市場(chǎng)與產(chǎn)業(yè)均步入了高速發(fā)展時(shí)期。在剛剛過去的2018年中，我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)取得了豐碩的成果。市場(chǎng)方面，2018年國(guó)內(nèi)碳纖維市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到65億元，國(guó)內(nèi)碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到135億元，分別同比增長(zhǎng)26%與19%。產(chǎn)業(yè)方面，碳纖維自給率逐年攀升，2018年將首次突破40%；碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)值增速穩(wěn)中有升，保持20%以上增速。展望2019，又將是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的關(guān)鍵之年，中國(guó)碳纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)爆發(fā)“如箭在弦”。
圖1 2014-2018年中國(guó)碳纖維自給情況
數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問，2018年12月
挑戰(zhàn)一：我國(guó)企業(yè)與國(guó)外龍頭企業(yè)尚有差距
國(guó)際碳纖維行業(yè)以日本東麗、德國(guó)西格里、日本三菱麗陽、日本東邦、美國(guó)赫氏五家企業(yè)領(lǐng)銜，其合計(jì)全球市場(chǎng)占有率高達(dá)七成以上。由于我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)起步較晚，多個(gè)品級(jí)產(chǎn)品存在生產(chǎn)瓶頸，尚未完全涉足復(fù)合材料和終端產(chǎn)品的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，下游市場(chǎng)認(rèn)可度較低，在核心技術(shù)（如高強(qiáng)高模碳纖維、高端大絲束碳纖維、高端裝備、核心助劑、復(fù)合材料設(shè)計(jì)）、應(yīng)用（如汽車、航天領(lǐng)域）等方面均與國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)存在較大差距，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)碳纖維市場(chǎng)仍有較低的自給率，2017年自給率僅為30.5%，預(yù)計(jì)2018年將略有上升，但浮動(dòng)空間有限。
挑戰(zhàn)二：短期內(nèi)部分高端應(yīng)用領(lǐng)域的突破依舊困難重重
短期內(nèi)國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料在高端領(lǐng)域應(yīng)用仍存在一定困難，尤其在汽車領(lǐng)域，雖然碳纖維復(fù)合材料憑借著其優(yōu)異的性能可大幅提高汽車安全舒適性、燃油效率和服役壽命，已被公認(rèn)為汽車工業(yè)領(lǐng)域最理想的輕量化材料。
展開 當(dāng)年，在“維斯比”級(jí)（VisbyClass）隱形護(hù)衛(wèi)艦作為世界上第一個(gè)按照全隱形規(guī)范制造的戰(zhàn)艦服役于瑞典皇家海軍時(shí)，除了出色的隱形設(shè)計(jì)和強(qiáng)大的反艦、反潛和水雷作戰(zhàn)能力之外，其艦體超輕化的制作材料也引起了世界各國(guó)海軍國(guó)防部門的廣泛關(guān)注。據(jù)悉，該艦船沒有采用常規(guī)鋼材和常用的玻璃鋼材料，而是采用了碳纖維夾芯材料，由聚氯乙烯夾芯和碳纖維乙烯基酯層壓板構(gòu)成，不但具有很高的強(qiáng)度和經(jīng)久耐用性，還具有優(yōu)良的抗沖擊性能。
事實(shí)上，利用碳纖維復(fù)合材料的輕量化效果提升軍艦的裝載力、航行速度和續(xù)航能力的歷史已長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)了，雖然碳纖維復(fù)合材料在海軍艦艇上的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但是，大部分已經(jīng)成熟的技術(shù)僅應(yīng)用于相對(duì)較小的海軍艦艇，如巡邏艇、MCMV、護(hù)衛(wèi)艦等的非結(jié)構(gòu)、非關(guān)鍵性部件。
不過隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，碳纖維復(fù)合材料在海軍艦艇上的應(yīng)用也在逐步深入，據(jù)國(guó)內(nèi)資深的碳纖維制品企業(yè)無錫威盛新材料科技有限公司軍工產(chǎn)品部楊工介紹，為進(jìn)一步提升艦體的綜合性能，目前，碳纖維復(fù)合材料在軍艦上的以下幾個(gè)部位中的應(yīng)用有較大進(jìn)展：
艦艙壁、甲板、艙門
使用碳纖維復(fù)合材料代替鋼材料制造艦艙壁、甲板和艙門，至少可以在質(zhì)量上減輕40％以上，而且碳纖維復(fù)合材料具有更低的磁特性，火災(zāi)時(shí)熱傳導(dǎo)低、阻聲性能更好。不過，在CFRP和周圍鋼結(jié)構(gòu)的連接處需要有足夠的抗內(nèi)部沖擊損壞的能力，因此在制造和安裝的成本上有一定的增加。
武器外罩、甲板防護(hù)板、遮護(hù)板
將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用在武器外罩、甲板防護(hù)板以及導(dǎo)彈沖擊遮護(hù)板上，也是目前的發(fā)展方向之一。日本軍事技術(shù)專家對(duì)于如何提升軍艦的生存能力已做了具體研究論證，證明碳纖維復(fù)合材料作為外殼材料能有效降低高速射彈和榴散彈等對(duì)艦體造成的沖擊。
展開 從目前情況看，在無人機(jī)上使用碳纖維復(fù)合材料是減輕機(jī)體重量和增強(qiáng)機(jī)身機(jī)翼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有效途徑，但是這也需要適用于無人機(jī)的碳纖維復(fù)合材料在材料設(shè)計(jì)及工藝體系方面進(jìn)行配合，才能最大化地體現(xiàn)和利用碳纖維復(fù)合材料的特殊優(yōu)勢(shì)。
碳纖維布https://www.hongyantu.com/index.php?r=new%2Fview&id=2505
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層合板低速?zèng)_擊仿真3個(gè)月前
編輯
跳轉(zhuǎn)
材料是碳纖維復(fù)合材料，參數(shù)如下：
邊界條件與載荷
沖擊能量：11J，換算成沖擊速度是3.2546m/s。
約束：實(shí)際試驗(yàn)中，板子被放在一個(gè)鏤空的工裝上，125mm×75mm。因此仿真中，約束125mm×75mm之外的底部節(jié)點(diǎn)的厚度方向位移。
從圖 4(b) 中可以觀察到：E11T 為材料纖維抗拉強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變；E11T 極大地改變了材料的力學(xué)響應(yīng)，E11T 越大，曲線的峰前和峰后軟化響應(yīng)越明顯；拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀直接取決于 E11T 與 XT/E11 的接近程度；本文使用的碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在拉伸與壓縮工況下均有明顯的彈脆性特征，因此 E11T、E11C、E22T 和 E22C 的數(shù)值應(yīng)設(shè)置為試驗(yàn)的斷裂應(yīng)變，以保證最小程度的峰前軟化
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