CFRP a ddefnyddir ar gyfer Dadansoddiad Ysgafn ac Economaidd o Gerbydau Teithwyr Ynni Newydd

Yn gyffredinol, cyfunir ffibr carbon â resin epocsi i ffurfio deunydd cyfansawdd. Mae'r deunydd cyfansawdd hwn yn etifeddu cyfres o fanteision megis cryfder uwch penodol, modiwlau penodol, cryfder blinder, a gwrthsefyll sioc ffibr carbon ei hun. Ar yr un pryd, mae'n etifeddu epocsi. Mae'r ffurfiad resin yn hyblyg ac yn hyblyg, ac mae ei gais wedi'i dargedu'n uchel. O'i gymharu ag aelodau strwythurol aloi alwminiwm, gall effaith lleihau pwysau deunyddiau cyfansawdd ffibr carbon gyrraedd 20% i 40%. O'i gymharu â chydrannau metel dur, gall effaith lleihau pwysau deunyddiau cyfansawdd ffibr carbon hyd yn oed gyrraedd 60% i 80%. Y defnydd o ddeunyddiau cyfansawdd ffibr carbon Mae hyn nid yn unig yn lleihau ansawdd cyffredinol y cerbyd, ond hefyd yn effeithio ar y broses weithgynhyrchu automobile a'i newid i ryw raddau.

1 Math o Broses

Mae Polymerau â Ffibr Carbon Atgyfnerth (CFRP) yn cyfeirio at ffibrau carbon cyfansawdd fel cyfnod atgyfnerthu a deunydd resin thermoplastig neu thermosetting. Mae technoleg gweithgynhyrchu deunyddiau cyfansawdd CFRP yn bennaf yn cynnwys prosesau ffurfio a phrosesau ffurfio hylif. Dangosir cymhariaeth a dadansoddiad o'r mathau o brosesau cyfansawdd matrics polymerau atgyfnerthu ffibr carbon yn Nhabl 1.

2 Y Cynulliad Modurol a Thechnoleg y Cynulliad

Mae cydosodiad cyfunol o rannau modurol cyfansawdd a'r cysylltiad rhwng rhannau cyfansawdd a rhannau metel yn broblem anochel. Mae'r deunydd cyfansawdd yn anisotropig, gyda chryfder interlaminar isel a ductility isel, gan wneud dyluniad a dadansoddiad o'r cymalau o ddeunyddiau cyfansawdd yn llawer mwy cymhleth na metelau. Nid yw'r cysylltiad rhwng rhannau metel traddodiadol yn y diwydiant modurol yn addas ar gyfer deunyddiau cyfansawdd. Mae cysylltu, felly, yn hanfodol i ddeall a gwella'r ffordd y mae deunyddiau cyfansawdd modurol yn gysylltiedig ac yn sefydlog, ac i wneud dewisiadau rhesymol.

Oherwydd parhad y ffibrau sy'n cael eu torri gan yr agoriadau, achosir crynodiadau straen lleol. Y cymalau o ddeunyddiau cyfansawdd fel arfer yw'r ddolen wannaf yn y strwythur cyfan. Felly, mae'n hanfodol sicrhau cryfderau cymalau yn nyluniad strwythurol deunyddiau cyfansawdd. Rhennir deunyddiau cyfansawdd yn dri chategori mawr, sef cysylltiadau glud, cysylltiadau mecanyddol a chysylltiadau hybrid rhwng y ddau. Ar gyfer cyfansawdd thermoplastig, mae technegau weldio. Mae angen pennu dylunio technoleg cysylltiad deunydd cyfansawdd yn unol ag amodau defnydd penodol a gofynion dylunio'r cydrannau.

2.1 cysylltiad â glud

O'i gymharu â'r cysylltiad mecanyddol, prif fanteision y dechnoleg bondio yw canolbwyntio ar straen a achosir gan unrhyw agoriadau, ansawdd strwythurol llai, ymwrthedd blinder, dirgryniad da a nodweddion inswleiddio, ymddangosiad llyfn, proses bondio syml, a dim problemau cyrydu electrocemegol. Fodd bynnag, mae rhai diffygion yn y dechnoleg bondio, megis rheolaeth anodd o ansawdd bondio, gwasgariad cymharol fawr o gryfder bondio, diffyg dulliau archwilio dibynadwy, a gofynion llym ar driniaeth arwyneb a bondio arwynebau bondio. Ar gyfer corff cyfansawdd ffibr carbon, bondio yw'r prif gysylltiad.

2.2 Cysylltiad mecanyddol

Yn gyffredinol, mae cysylltiad mecanyddol yn cael ei ddefnyddio yn rhybiau a bolltau, sef y cysylltiad a ddefnyddir fwyaf cyffredin. Prif fantais y cysylltiad mecanyddol yw dibynadwyedd uchel y cysylltiad, y gellir ei ddatgymalu a'i ailosod yn ystod y gwaith cynnal a chadw neu ei ailosod, nad oes angen triniaeth arwyneb, ac mae hyn yn cael effaith gymharol fach ar yr amgylchedd. Prif anfantais cysylltiadau mecanyddol yw'r cynnydd mewn màs, y crynhoad straen, a'r cyrydiad electrocemegol o fetelau a chyfansoddion. Dangosir cymhariaeth cysylltiadau rivet a chysylltiadau bollt yn Ffigur 1.

2.3 Cysylltiad Hybrid

Er mwyn gwella diogelwch a chywirdeb y cysylltiad, mewn rhai safleoedd cyswllt pwysig, fel rheol caiff dull cysylltiad hybrid o fondio a chysylltiad mecanyddol ei fabwysiadu ar yr un pryd, ac mae manteision y ddau ddull cysylltiad yn cael eu defnyddio'n llawn i sicrhau bod y Mae gan y safle cysylltiad ddigon o gryfder a dibynadwyedd uchel.

2.4 Weldio

Defnyddir technoleg Weldio yn bennaf i rannau cyfansawdd thermoplastig. Yr egwyddor sylfaenol yw gwresogi'r resin ar wyneb y cyfansawdd thermoplastig tawdd, ac yna lapio'r wasg i'w wneud yn integredig. Weldio yn bennaf yn cynnwys weldio ultrasonic, weldio anwytho trydanol a weldio gwrthiant. Manteision weldio yw cysylltiad da a chylch byr, dim triniaeth arwyneb, cryfder cysylltiad uchel, straen isel, ac ati; mae'r anfanteision yn anodd eu dadelfennu ac mae angen iddynt ychwanegu deunyddiau dargludol neu wifrau metel. Yn ogystal, yn ystod mowldio'r aelod strwythurol cyfansawdd, gall y cysylltydd metel gael ei ymgorffori yn y rhagbrofi ffibr, ac mae'r deunydd cyfansawdd a'r aelod mewnosodedig metel yn cael eu hintegreiddio ar ôl y mowldio, a gellir cysylltu'r rhannau cyfansawdd trwy'r aelod ymgorfforedig metel i osgoi cyfansoddion difrod peiriannau.

3 Manteision cais ar gyfer modurol

Mae nifer o ffactorau i'w hystyried wrth ddewis deunyddiau modurol, megis eiddo mecanyddol, pwysau ysgafn, sefydlogrwydd deunydd, dyluniad deunyddiau, a phrosesoldeb. Bydd gan bob un o'r ffactorau hyn effaith anhyblyg ar ddylunio, cynhyrchu, gwerthu a defnyddio automobiles. Yn ystod y blynyddoedd diweddar, mae Polymerau â Ffibr Carbon Atgyfnerth (CFRP) wedi dod yn ddeunydd modurol newydd sy'n denu sylw oherwydd ei nodweddion perfformiad unigryw. O'i gymharu â deunyddiau modurol eraill, mae gan y cyfansawdd matricsau polymerau atgyfnerthu ffibr carbon y manteision canlynol.

3.1 Priodweddau mecanyddol ardderchog

Dwysedd cyfansawdd matrics resin a atgyfnerthir ar gyfer ffibr carbon (CFRP) ar gyfer cerbydau yw 1.5 i 2g / cm3, sydd ond 1/4 i 1/5 o ddur carbon cyffredin, ac mae tua 1/3 yn ysgafnach nag alw alwminiwm, ond mae'r carbon deunydd cyfansawdd ffibr Mae'r eiddo mecanyddol cynhwysfawr yn amlwg yn well na deunyddiau metel, ac mae ei gryfder tynnol yn 3 i 4 gwaith o ddur. Mae cryfder blinder dur ac alwminiwm yn 30% i 50% o gryfder y trac, a gall CFRP gyrraedd 70% i 80%. Ar yr un pryd, mae gan CFRP well nodweddion llaith dirgryniad yn well na metelau ysgafn, fel aloi ysgafn yn ei gwneud yn ofynnol i 9s atal dirgryniad, gellir stopio'r deunydd cyfansawdd 2-ffibr carbon ac mae ganddi gryfder penodol penodol a modwswl penodol.

3.2 Nodadwy

Mae dyluniad deunydd cyfansawdd ffibr carbon yn gryf, a gellir dewis y deunydd matrics yn rhesymol yn ôl y gofynion perfformiad, gellir dylunio trefniant y ffibrau a gall strwythur y deunydd cyfansawdd, a dyluniad y cynnyrch, gael ei wneud yn hyblyg. Er enghraifft, trwy drefnu'r ffibrau carbon i gyfeiriad grym, gellir cyflawni'r anisotropi cryfder y deunydd cyfansawdd yn llawn, a thrwy hynny gyflawni pwrpas arbedion materol a lleihau ansawdd. Ar gyfer cynhyrchion sydd angen ymwrthedd cyrydiad, gellir defnyddio deunydd sylfaen gyda gwrthiant cyrydiad da yn ystod y dyluniad.

3.3 Gall gyflawni gweithgynhyrchu integredig

Mae modiwleiddio ac integreiddio hefyd yn dueddiadau yn y strwythur modurol. Pan fydd y deunydd cyfansawdd yn cael ei ffurfio, mae'n hawdd ffurfio wyneb crwm o wahanol siapiau i sicrhau cynhyrchu integredig o rannau a chydrannau automobile. Ni all mowldio integredig leihau nifer y rhannau a'r mowldiau yn unig, lleihau nifer y cydrannau a phrosesau eraill, ond hefyd yn lleihau'r cylch cynhyrchu yn fawr iawn. Er enghraifft, os yw modiwl blaen y car wedi'i wneud o ddeunydd cyfansawdd ffibr carbon, gellir ei ffurfio'n fewnol a'i integreiddio er mwyn osgoi crynhoad straen lleol a achosir gan weldio dilynol a phrosesu rhannau metel yn dilyn hynny, tra'n lleihau cywirdeb y cynnyrch a gwella perfformiad tra'n lleihau rhannau auto. Ansawdd, lleihau costau gweithgynhyrchu.

3.4 Amsugno Ynni a Gwrthsefyll Effaith

Mae gan gyfansoddion matrics resin atgyfnerthu ffibr carbon (CFRP) rywfaint o fethcoelastigrwydd, ac mae ychydig o symudiad cymharol lleol rhwng y ffibr carbon a'r matrics, a all greu ffrithiant rhyngwynebol. O dan yr effaith synergetig o fethcoelastigrwydd a ffrithiant rhyngwynebol, mae gan rannau CFRP amsugno ac ymwrthedd effaith yn well. Ar y llaw arall, mae'r ffibr carbon sy'n cael ei amsugno'n arbennig yn cam-drin mewn darnau bach mewn gwrthdrawiadau cyflym, yn amsugno llawer iawn o egni effaith, ac mae ei allu amsugno ynni rhwng 4 a 5 gwaith yn uwch na deunyddiau metel, a all gwella cerbydau. Diogelwch, diogelu diogelwch aelodau.

3.5 Gwrthiant cyrydiad da

Mae cyfansawdd matrics polymerau atgyfnerthiedig â ffibr carbon yn bennaf yn cynnwys deunyddiau tynnu ffibr carbon a resin, ac mae ganddynt eiddo ymwrthedd asid ac alcali rhagorol. Nid oes angen triniaeth antiseptig arwyneb â rhannau awtomatig ohonynt, ac mae eu gwrthwynebiad tywydd a gwrthiant heneiddio yn dda. Mae eu bywyd gwasanaeth yn dda. 2 i 3 gwaith o ddur.

3.6 perfformiad tymheredd uchel

Mae perfformiad ffibr carbon ar dymheredd islaw 400 ° C yn parhau'n sefydlog iawn, ac nid oes unrhyw newid sylweddol ar 1 000 ° C.

3.7 Gwrthiant blinder da

Mae gan ddeunyddiau atgyfnerthu ffibr carbon yn cael effaith ataliol ar ymlediad crac blinder oherwydd y ffibr, a gall ei wrthsefyll blinder gyrraedd 70% i 80%. Mae strwythur ffibr carbon yn sefydlog. Ar ôl bywyd blinder y deunydd cyfansawdd yw miliynau o gylchoedd, ei gyfradd cadw cryfder Mae yna 60% o hyd, tra bod dur ac alwminiwm yn 40% a 30%, yn y drefn honno, ac mae gwydr ffibr yn ddim ond 20% i 25%. Felly, mae ymwrthedd blinder cyfansoddion ffibr carbon yn addas ar gyfer ystod eang o geisiadau yn y diwydiant modurol.

4 Dadansoddiad Economaidd ar gyfer Cerbydau Teithwyr Ynni Newydd

Oherwydd y defnydd o ffibr carbon, gall y corff gael ei leihau gan fwy na 50%. Gan gymryd y pwysau o golli 100kg ar gerbyd dosbarth A nodweddiadol fel enghraifft, mae arwyddocâd pwysau ysgafn y cerbyd yn amlwg iawn. Gellir ei esbonio o'r agweddau canlynol: 1 Ar gyfer un orsaf Ar gyfer car deithwyr gyda 300 km a gallu codi tâl o 45 kW · h, gall yr un ystod gyrru leihau 3.6 kW · h, fel y'i cyfrifir gan arbenigwr y diwydiant, "100 kg fesul 100 kg, ynghyd â chynnydd o 8% mewn ystod yrru." Mae'r gost arbed batri oddeutu 0.6 miliwn o yuan; 2 Cyfrifir cylch bywyd cyfartalog gyrru 400,000 cilomedr a'r gost trydan yn ôl 0.9 yuan / kW · h. Gall cost trydan y cerbyd gyfan arbed 400,000 / 100 × 1.2 × 0.9 = 0.43 miliwn. 100km yn arbed 1.2kW · trydan h). 3 Oherwydd cymhwyso deunyddiau ffibr carbon, gan gymryd graddfa gynhyrchu 50,000 o gerbydau fel enghraifft, mae'r buddsoddiad proses arbed a buddsoddi yn cael ei drosi yn gyfwerth economaidd cerbydau trydan, ac mae pob cerbyd yn Amorteiddiad arbed tua 2,000 yuan; 4 oherwydd bod y broses yn cael ei symleiddio, mae costau personél o leiaf yn arbed 1,000 yuan / Taiwan.

Mae'r eitemau uchod yn cyfateb i arbedion cyfartalog o 0.6 + 0.432 + 0.2 + 0.1 = 13.3 miliwn yuan fesul cerbyd, ond nid yw'r costau hyn yn ddigon i wrthbwyso'r cynnydd yng nghost y deunydd ei hun oherwydd cyflwyno ffibr carbon. Gellir gweld bod problemau mawr o hyd wrth gymhwyso cyrff ffibr carbon. Os ydych chi eisiau hyrwyddo corff ysgafn, dim ond trwy leihau mewnbwn y broses a'r offer y gallwch chi ddechrau. Mae'r eitemau uchod yn cyfateb i arbedion cyfartalog o 0.6 + 0.432 + 0.2 + 0.1 = 13.3 miliwn yuan fesul cerbyd, ond nid yw'r costau hyn yn ddigon i wrthbwyso'r cynnydd yng nghost y deunydd ei hun oherwydd cyflwyno ffibr carbon. Gellir gweld bod problemau mawr o hyd wrth gymhwyso cyrff ffibr carbon.

Os ydych chi eisiau hyrwyddo corff ysgafn, dim ond trwy leihau mewnbwn y broses a'r offer y gallwch chi ddechrau.

Os yw'r car yn cyflawni cynhyrchiad màs o gyrff ffibr carbon, bydd gost y deunydd ffibr carbon ei hun hefyd yn cael ei leihau'n sylweddol, bydd effaith y diwydiant cyfan yn eithaf mawr, a bydd y buddion economaidd hefyd yn dod yn fwy amlwg. Dim ond o safbwynt dadansoddiad o ffibr carbon yw'r rhain, os ydych chi'n ystyried ffactor gostwng pwysau corff car alwminiwm aloi o 50kg, yn ôl yr un rheswm, y rheswm positif, mae'r effaith economaidd yn amlwg.

5 Tueddiadau Datblygu ar gyfer Corff Cerbydau

O ystyried nodweddion cyfansoddion atgyfnerthu'r ffibr carbon, mae'r math hwn o ddeunydd yn cael ei ffafrio gan gynhyrchwyr modurol. Amcangyfrifir bod y defnydd o ffibr carbon yn tyfu ar gyfradd gyfartalog o 34% yn y sector modurol, a bydd yn cyrraedd 23,000 o dunelli erbyn 2020. Mae Ffigwr 2 yn dangos y map ar gyfer datblygu cyfansoddion atgyfnerthu ffibr carbon ar gyfer gweithgynhyrchu.

Ar hyn o bryd, cymhwysir cyfansawdd atgyfnerthu ffibr carbon yn bennaf i baneli corff, trimau'r corff, a chydrannau strwythurol. Er enghraifft, mae BMW wedi defnyddio nifer fawr o ddeunyddiau cyfansawdd ffibr carbon wrth ddatblygu amrywiaeth o fodelau i gynhyrchu rhannau strwythurol y corff. Mae hyn wedi dod yn foment bwysig i gymhwyso deunyddiau cyfansawdd ffibr carbon mewn gweithgynhyrchu automobile. Ar yr un pryd, mae BMW wedi cydweithio ymhellach â SGL yn yr Almaen, gan fuddsoddi 100 miliwn ewro yn y gwaith o ymchwilio a datblygu ffibr carbon isel, a chynyddu'r cynhyrchu ffibr carbon o 3,000 tunnell y flwyddyn i 9000 o dunelli i gwrdd â'r BMW cynyddol i -symiau cerbydau trydan ac eraill. Y galw am fodelau.

6 Casgliad

I grynhoi, mae cyfansoddion matrics resin wedi'i atgyfnerthu â ffibr carbon (CFRP) wedi dod yn gyfeiriad datblygu pwysig ar gyfer deunyddiau modurol newydd yn y dyfodol gyda'i fanteision unigryw o ran perfformiad. Fodd bynnag, er mwyn hyrwyddo'r defnydd o'r deunydd hwn yn y maes modurol, mae angen dechrau ymchwil a datblygu cydweithredol o gynhyrchu, dysgu ac ymchwil o'r agweddau canlynol: (1) Chwilio ymhellach am ragflaenwyr ffibr carbon isel; (2) Datblygu prosesau gweithgynhyrchu ffibr carbon newydd, megis sefydlogi deunyddiau rhagflaenol. Technoleg; 3 Optimeiddio paramedrau prosesau cynhyrchu ffibr carbon neu ddefnyddio ffibr nano-garbon i wella ymhellach berfformiad deunyddiau cyfansawdd CFRP; 4 Datblygu technolegau mowldio a gweithgynhyrchu rhannau CFRP cyflym ac effeithiol, megis technoleg mowldio solidification cyflym a thechnoleg rheoli llif deunydd cyfansawdd; 5 Defnyddio technoleg dadansoddi efelychu cyfrifiadurol (CAE) i ddewis gwahanol ddefnyddiau cyfansawdd ffibr carbon a gwneud y gorau o baramedrau prosesau mowldio.