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【摘要】：为适应汽车轻量化以实现节能减排的社会潮流，各大车企和科研单位对复合材料的研究突飞猛进。由于复合材料具有高强度、耐腐蚀、隔热和耐磨等优异特点，复合材料必将在汽车轻量化的道路上扮演重要角色，以其特有强度、刚度及相对重量轻等特性，代替传统钢材铝合金材用于汽车的各个零部件。复合材料可以应用于众多零部件，如汽车骨架、底盘、保险杠、传动轴和板簧等主承力零部件;发动机罩、行李箱盖、顶盖、后翼子板和侧围等车身覆盖件;仪表板、车门内板等汽车内饰件。本文收集并研究了国内外复合材料在汽车上的应用以及复合材料优化技术在汽车领域的应用。
【关键词】：碳纤维复合材料;汽车零部件;开发与应用
引言
碳纤维复合材料具有强度大、可设计性强等优良性能，在汽车、航天航空等领域得到了快速的发展。在轻量化形势下，碳纤维复合材料正得到许多飞机、汽车制造厂商的关注，这种材料相比于其他金属等材料显得更加的有潜力。复合材料优化技术在结构轻量化的领域中崭露头角。优化技术在满足零件实现功能的前提下优化结构，使结构得到简化，实现汽车零件的质量得到减轻，从而实现轻量化设计。
1、碳纤维复合材料在汽车上的开发现状
碳纤维复合材料具有强度高、模量高、耐腐蚀性好等诸多优异性能，几十年来，由于对该复合材料的研究不断深入，为了充分发挥该材料的力学性能，复合材料在汽车等领域得到了大范围的应用，不管是在车身、悬架摆臂结构、传动轴等都可以看到碳纤维复合材料的应用，复合材料己经成为轻量化家族中重要的一员。
碳纤维复合材料首次被应用是在汽车领域，世界上首辆全车身复合材料汽车雪佛兰于1953年在美国诞生，这一举措代表着复合材料作为一种新型材料，在汽车上得到了真正的应用。
早在2004年的欧洲就启动了TECABS的项目，一共花费了4年的时间完成了这个项目。该项目的就是想通过使用碳纤维复合材料来减轻汽车的质量，成本低和低能耗是各个厂商所要追求的目标。许多厂商、研究所也都相应参加了这个项目，其中比较知名的企业包括雷诺、奔驰、保时捷等，还有来自瑞士、英国等的研究机构。2009年，赛车企业兰博基尼和波音公司研制出了碳纤维复合材料汽车车身及其他的零部件。
国内外的一些研究机构正在联合企业和学校，大力发展碳纤维在汽车上的应用。国内的一些厂商大量改造汽车上的零部件，将能用复合材料替代的都给替换了，现在汽车上的各个零部件都正逐步采用碳纤维复合材料，比如轮毅、电池箱壳体、发动机罩、保险杠等。2003年，美国一家汽车公司展出Dodge ViperSRT汽车，车身包括内部的挡板等结构都统一采用碳纤维复合材料。
2、碳纤维复合材料汽车零部件开发与应用前景
2.1蓄电池箱壳体中的应用
碳纤维复合材料是目前最有市场前景的材料之一。该材料的用途也比较广，汽车、航天航空、军事化装备等领域，是其他一些材料无法比拟的。以前针对不同的市场条件选用不同的材料，比如一些瓷器的包装，就要用木质的箱子装，因为木制的箱子质地稍软，可以一定程度上保护瓷器受到外界的破坏，但是木质的箱子也有质量较重、易潮湿、运输不方便的等缺陷;铝合金材料的外包装盒，虽然这种材料比较轻，容易携带，但是造价高是致命的缺点等。或许是因为这些材料的不同的缺点才可以显示出复合材料在不同的领域的优势，而市场上的那些木质等材料会逐渐被这些性能优异的材料所取代。因此对于蓄电池箱壳体的优化设计，选用合适的材料显得十分重要。
基体材料是复合材料中起传递作用的组成部分，它影响了复合材料的力学性能。树脂基体有很多优点，具体表现在工艺性和综合性能较好。选用基体时需要考虑该材料的力学性能，同时还需考虑低成本制造。
增强材料是复合材料中的重要材料，它可以提高材料的弹性模量，选用时需要去想很多因素。材料在满足正常使用的同时，需考虑其使用寿命的长短、强度的大小等因素。为了可以降低成本的，使用性能好的材料变成了设计的关键因素，所以在选择材料时要对比刚度、强度等条件，从而确定纤维的种类。碳纤维的性能各方面比较优越，轴向强度高和耐高温特点为加工提供了条件，T300增强复合材料的性能相对稳定，并且具有公开的数据，最重要的特点是价格低廉。
目前环氧树脂5208和T300增强复合材料的结合较成熟。所以本文采用这样的结合作为分析结构时所采用的材料。
2.2碳纤维复合材料悬架摆臂中的应用
汽车的悬架摆臂结构对汽车平稳行驶有相当程度的影响。汽车悬架摆臂是由两个横臂组成的独立悬架结构，具体的说是由上控制臂、下控制臂和减震器组成的。上下两个控制臂可以消除掉在横向方向上的力，这就减轻了减震器的压力，而减震器只需承受上下方向的力，所以在弯路较多的路面上行駛时操控就变得容易了很多。悬架系统是汽车行驶过程中是不停歇的，该系统中的结构越轻，则相应的部件响应的速度就会越快，那么减震的效果就会越好。
摆臂是汽车结构中的受力件，如用碳纤维复合材料来制造摆臂，需要用用力学性能更优良的的热固性碳纤维材料。热固性复合材料不能加工太复杂的结构。摆臂有三个连接部位，除了圆圈类的轴销外，另外两个连接部分销孔和与球铰连接的焊接孔，都可以通过铺层方式实现热固性长丝纤维的制造。而销孔这个连接，只能通过以下两种方式去实现。改变连接形式或利用飞机上面的耳轴连接（镶嵌金属轴）。基于从成本的考虑，可以改变连接形式去实现去车架的连接。
3、碳纤维复合材料汽车零部件前景
近年来，经济社会的发展带动了人们生活水平的提高，因此，汽车需求逐步增加，我国逐步成为汽车生产与销售大国。在汽车生产中，使用的复合材料类型较多，但是，有些复合材料的应用范围有限，并不能够在汽车生产领域中大力推广。随着汽车行业的快速发展，汽车生产与制造越来越关注其环保、节能发展的效果，尤其是近年来油价飙升，使高强、轻质的碳纤维复合材料在未来的汽车生产企业中必然在占据着重要的位置，具有广阔的发展空间，还会带动其他相关技术等的进步，实现汽车制造行业的长远、可持续发展。
结语
总之，随着经济的不断发展和交通系统的全面完善，汽车产业己经得到了飞速发展，复合材料也越来越多地在汽车上得到了应用，轻量化的理念己渗透人心，对汽车上的复合材料零件进行轻量化设计是未来几年内汽车行业的发展趋势和重要的发展前景。到目前为止，己经有相当部分企业将复合材料投入到汽车的各个零部件，同时优化设计的理论和研究的方法都掺杂在设计的过程当中。因此，更深入的研究优化设计方法对现在的发展趋势具有相当程度的理论价值和现实意义。
参考文献
[1]张胜男，刘艳兵.汽车用碳纤维复合材料的结构设计与加工工艺[J].汽车工艺与材料，2018（9）：1-8，14.
[2]宋燕利，杨龙，郭巍，等.面向汽车轻量化应用的碳纤维复合材料关键技术[J].材料导报，2016，30（17）：16-25，50.
[3]孫鸿昌，张欣然.碳纤维复合材料汽车零部件开发与应用前景[J].化工设计通讯，2018，44（12）：74.
[4]张立侃.碳纤维复合材料在新能源汽车行业中的应用[J].汽车与驾驶维修（维修版），2017（6）：140-141.
[5]邓文波，习小斌，冯万喜.复合材料主要应用领域现状与发展趋势[J].黑龙江科技信息，2017（7）：84.
【关键词】：碳纤维复合材料;汽车零部件;开发与应用
引言
碳纤维复合材料具有强度大、可设计性强等优良性能，在汽车、航天航空等领域得到了快速的发展。在轻量化形势下，碳纤维复合材料正得到许多飞机、汽车制造厂商的关注，这种材料相比于其他金属等材料显得更加的有潜力。复合材料优化技术在结构轻量化的领域中崭露头角。优化技术在满足零件实现功能的前提下优化结构，使结构得到简化，实现汽车零件的质量得到减轻，从而实现轻量化设计。
1、碳纤维复合材料在汽车上的开发现状
碳纤维复合材料具有强度高、模量高、耐腐蚀性好等诸多优异性能，几十年来，由于对该复合材料的研究不断深入，为了充分发挥该材料的力学性能，复合材料在汽车等领域得到了大范围的应用，不管是在车身、悬架摆臂结构、传动轴等都可以看到碳纤维复合材料的应用，复合材料己经成为轻量化家族中重要的一员。
碳纤维复合材料首次被应用是在汽车领域，世界上首辆全车身复合材料汽车雪佛兰于1953年在美国诞生，这一举措代表着复合材料作为一种新型材料，在汽车上得到了真正的应用。
早在2004年的欧洲就启动了TECABS的项目，一共花费了4年的时间完成了这个项目。该项目的就是想通过使用碳纤维复合材料来减轻汽车的质量，成本低和低能耗是各个厂商所要追求的目标。许多厂商、研究所也都相应参加了这个项目，其中比较知名的企业包括雷诺、奔驰、保时捷等，还有来自瑞士、英国等的研究机构。2009年，赛车企业兰博基尼和波音公司研制出了碳纤维复合材料汽车车身及其他的零部件。
国内外的一些研究机构正在联合企业和学校，大力发展碳纤维在汽车上的应用。国内的一些厂商大量改造汽车上的零部件，将能用复合材料替代的都给替换了，现在汽车上的各个零部件都正逐步采用碳纤维复合材料，比如轮毅、电池箱壳体、发动机罩、保险杠等。2003年，美国一家汽车公司展出Dodge ViperSRT汽车，车身包括内部的挡板等结构都统一采用碳纤维复合材料。
2、碳纤维复合材料汽车零部件开发与应用前景
2.1蓄电池箱壳体中的应用
碳纤维复合材料是目前最有市场前景的材料之一。该材料的用途也比较广，汽车、航天航空、军事化装备等领域，是其他一些材料无法比拟的。以前针对不同的市场条件选用不同的材料，比如一些瓷器的包装，就要用木质的箱子装，因为木制的箱子质地稍软，可以一定程度上保护瓷器受到外界的破坏，但是木质的箱子也有质量较重、易潮湿、运输不方便的等缺陷;铝合金材料的外包装盒，虽然这种材料比较轻，容易携带，但是造价高是致命的缺点等。或许是因为这些材料的不同的缺点才可以显示出复合材料在不同的领域的优势，而市场上的那些木质等材料会逐渐被这些性能优异的材料所取代。因此对于蓄电池箱壳体的优化设计，选用合适的材料显得十分重要。
基体材料是复合材料中起传递作用的组成部分，它影响了复合材料的力学性能。树脂基体有很多优点，具体表现在工艺性和综合性能较好。选用基体时需要考虑该材料的力学性能，同时还需考虑低成本制造。
增强材料是复合材料中的重要材料，它可以提高材料的弹性模量，选用时需要去想很多因素。材料在满足正常使用的同时，需考虑其使用寿命的长短、强度的大小等因素。为了可以降低成本的，使用性能好的材料变成了设计的关键因素，所以在选择材料时要对比刚度、强度等条件，从而确定纤维的种类。碳纤维的性能各方面比较优越，轴向强度高和耐高温特点为加工提供了条件，T300增强复合材料的性能相对稳定，并且具有公开的数据，最重要的特点是价格低廉。
目前环氧树脂5208和T300增强复合材料的结合较成熟。所以本文采用这样的结合作为分析结构时所采用的材料。
2.2碳纤维复合材料悬架摆臂中的应用
汽车的悬架摆臂结构对汽车平稳行驶有相当程度的影响。汽车悬架摆臂是由两个横臂组成的独立悬架结构，具体的说是由上控制臂、下控制臂和减震器组成的。上下两个控制臂可以消除掉在横向方向上的力，这就减轻了减震器的压力，而减震器只需承受上下方向的力，所以在弯路较多的路面上行駛时操控就变得容易了很多。悬架系统是汽车行驶过程中是不停歇的，该系统中的结构越轻，则相应的部件响应的速度就会越快，那么减震的效果就会越好。
摆臂是汽车结构中的受力件，如用碳纤维复合材料来制造摆臂，需要用用力学性能更优良的的热固性碳纤维材料。热固性复合材料不能加工太复杂的结构。摆臂有三个连接部位，除了圆圈类的轴销外，另外两个连接部分销孔和与球铰连接的焊接孔，都可以通过铺层方式实现热固性长丝纤维的制造。而销孔这个连接，只能通过以下两种方式去实现。改变连接形式或利用飞机上面的耳轴连接（镶嵌金属轴）。基于从成本的考虑，可以改变连接形式去实现去车架的连接。
3、碳纤维复合材料汽车零部件前景
近年来，经济社会的发展带动了人们生活水平的提高，因此，汽车需求逐步增加，我国逐步成为汽车生产与销售大国。在汽车生产中，使用的复合材料类型较多，但是，有些复合材料的应用范围有限，并不能够在汽车生产领域中大力推广。随着汽车行业的快速发展，汽车生产与制造越来越关注其环保、节能发展的效果，尤其是近年来油价飙升，使高强、轻质的碳纤维复合材料在未来的汽车生产企业中必然在占据着重要的位置，具有广阔的发展空间，还会带动其他相关技术等的进步，实现汽车制造行业的长远、可持续发展。
结语
总之，随着经济的不断发展和交通系统的全面完善，汽车产业己经得到了飞速发展，复合材料也越来越多地在汽车上得到了应用，轻量化的理念己渗透人心，对汽车上的复合材料零件进行轻量化设计是未来几年内汽车行业的发展趋势和重要的发展前景。到目前为止，己经有相当部分企业将复合材料投入到汽车的各个零部件，同时优化设计的理论和研究的方法都掺杂在设计的过程当中。因此，更深入的研究优化设计方法对现在的发展趋势具有相当程度的理论价值和现实意义。
参考文献
[1]张胜男，刘艳兵.汽车用碳纤维复合材料的结构设计与加工工艺[J].汽车工艺与材料，2018（9）：1-8，14.
[2]宋燕利，杨龙，郭巍，等.面向汽车轻量化应用的碳纤维复合材料关键技术[J].材料导报，2016，30（17）：16-25，50.
[3]孫鸿昌，张欣然.碳纤维复合材料汽车零部件开发与应用前景[J].化工设计通讯，2018，44（12）：74.
[4]张立侃.碳纤维复合材料在新能源汽车行业中的应用[J].汽车与驾驶维修（维修版），2017（6）：140-141.
[5]邓文波，习小斌，冯万喜.复合材料主要应用领域现状与发展趋势[J].黑龙江科技信息，2017（7）：84.