新的研究可能会加速汽车复合材料的发展

美国能源部太平洋西北国家实验室(PNNL)的研究人员,以及来自丰田,麦格纳,PlastiComp,Autodesk,伊利诺伊大学,普渡大学和弗吉尼亚理工大学的专家已经创建了软件工具,成功地预测了纤维取向和长度用于汽车应用的复杂碳纤维热塑性部件的分配。

新的研究可能会加速汽车复合材料的发展-CompositesPlus

为了提高燃料效率,需要更低成本,更轻质的材料。到2025年,美国法规规定,平均燃油经济性标准符合每加仑54.5英里,比现在要求的35.5英里增加60%。碳纤维复合材料虽然比钢更坚固,更轻,但相对昂贵。为了广泛采用,需要开发符合机械和安全要求的新型经济型复合材料,如聚丙烯和尼龙等长碳纤维增强热塑性树脂。根据PNNL的说法,这种方法应该可以加速开发更经济的碳纤维材料。

正如PNNL所解释的,目前复合材料部件的开发过程要求汽车制造商建造模具,模具部件并对其进行测试。这是一个漫长而艰难的过程,它将减缓汽车中新型,更具成本效益的碳纤维复合材料的发展。使用由PNNL领导团队验证的工程软件,制造商将能够“看到”碳纤维复合材料设计在建模之前的结构特性。这些工具使制造商和汽车零部件设计人员能够以更快的速度尝试和探索新的想法。

为了预测模塑组件中的纤维取向和纤维长度分布,团队使用Autodesk Moldflow软件,该软件基于伊利诺伊大学教授Charles Tucker及其同事最初开发的模型。在丰田公司,PlastiComp公司和麦格纳公司以及PlastiComp公司的材料的指导下,长碳纤维部件被成型,纤维被普渡大学和弗吉尼亚理工大学提取出来进行测量。

然后,PNNL将模拟软件的预测性能与模塑纤维的测试结果进行比较,以验证软件和模型的准确性。PNNL发现这个软件工具成功地预测了所有情况下的纤维长度分布和88%的纤维取向。

此外,作为该项目的一部分,PNNL与麦格纳和丰田合作,分析长碳纤维组件与标准钢和玻璃纤维复合材料的性能增益和成本。PNNL发现碳纤维增强聚合物复合材料技术的研究可以减少20%以上的车身系统的重量。然而,碳纤维成分的生产成本可能比钢的成本高10倍。使用预测工具优化工艺和结构可显着降低生产成本,为碳纤维在汽车中的应用铺平道路。

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