碳纤维复合材料控制臂的轻量化设计与验证

玻璃钢/复合材料 ›› 2019, Vol. 0 ›› Issue (9): 74-78.

碳纤维复合材料控制臂的轻量化设计与验证

卫原平^{1, 2}, 杨青^{1, 2}, 刘涛然^{1, 2}, 康华平³

1.上海赛科利汽车模具技术应用有限公司,上海200092;
2.上海汽车车身先进制造工程技术研究中心,上海200092;
3.上海汽车集团股份有限公司,上海201804

收稿日期:2018-10-31 出版日期:2019-09-28 发布日期:2019-09-28
作者简介:卫原平(1964-),男,博士,高级工程师,研究方向为汽车零部件轻量化设计与制造。
基金资助:
上海汽车工业科技发展基金会产学研基金(1715)

LIGHTWEIGHT DESIGN AND VERIFICATION OF A CFRP LOWER CONTROL ARM

WEI Yuan-ping^1,2, YANG Qing^1,2, LIU Tao-ran^1,2, KANG Hua-ping³

1.Shanghai Superior Die Technology Co., Ltd., Shanghai 200092, China;
2.Shanghai Engineering Research Center of Advanced Automotive Body Manufacturing, Shanghai 200092, China;
3.Shanghai Automotive Industry Corporation, Shanghai 201804, China

Received:2018-10-31 Online:2019-09-28 Published:2019-09-28

摘要/Abstract

摘要： 使用碳纤维片状模塑材料C-SMC和碳纤维单向带预浸料UD Tape对某铝合金控制臂进行轻量化开发。经过结构概念设计与评价后,发现使用各向异性的连续碳纤维UD Tape材料可以通过设计铺层方向以显著增强受力路径上的结构性能,与短切碳纤维片状模塑材料C-SMC材料和铝合金材料相比,具备更佳的轻量化效果。接下来,基于连续纤维设计方案,对控制臂结构进行了详细设计,计算分析了整体结构强度以及碳纤维部分和铝合金接头部分的连接强度,并对危险工况下控制臂的强度进行了校核,开展了疲劳性能测试的台架试验,结果证明碳纤维控制臂具有优异的刚度、强度和抗疲劳性能,且可以带来非常明显的减重效果。

关键词: 碳纤维增强复合材料, 控制臂, 轻量化

Abstract: Lightweight design for an aluminum lower control arm (LCA) is developed by using carbon sheet molding compound (C-SMC) and unidirectional prepreg tape (UD Tape) materials. Through the concept design and preliminary estimation, it is found that the optimization of fiber angel of UD tape during lay-up stacking can enhance the performance of structure along the main loading path strongly. Comparing to C-SMC and aluminum, anisotropic UD tape has more excellent mechanical property and design ability. Based on the UD Tape, we then developed the details of structure of LCA, and analysis the strength of the whole structure under the most dangerous load case and the strength of the joint between carbon fiber part and aluminum parts. Finally, we made a fatigue bench testing for LCA. The results show that CFRP LCA has remarkable lightweight effect, mechanical and anti-fatigue properties.

Key words: CFRP, low control arm, lightweight

中图分类号:

TB332

卫原平, 杨青, 刘涛然, 康华平. 碳纤维复合材料控制臂的轻量化设计与验证[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019, 0(9): 74-78.

WEI Yuan-ping, YANG Qing, LIU Tao-ran, KANG Hua-ping. LIGHTWEIGHT DESIGN AND VERIFICATION OF A CFRP LOWER CONTROL ARM[J]. Fiber Reinforced Plastics/Composites, 2019, 0(9): 74-78.

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