汽车碳纤维复合材料前车门轻量化设计与分析_技术工艺_复材学院

1 碳纤维复合材料力学性能

新材料碳纤维具有优异的力学性能，较高比重、强度和模量，在满足相同性能下，具有较大的减重空间，同时也可减少装配零件数量。在碳纤维结构分析中，定义任一层压板的力学性能，都能表示成等价的均匀各项异性板元或壳元，运用层压板的中面应变和曲率理论确定各层的应力。

2 碳纤维复合材料汽车前车门设计

碳纤维复合材料在汽车车门中已开始应用，通过结构设计和铺层优化在满足性能和装配的前提下可实现车门大幅减重。技术方案为内外板集成部分零件，简化结构特征，取消工艺孔，实现减重目的。

2.1 碳纤维复合材料前车门外板设计

整合前车门外板总成，外板A面和周边配接的安装孔不变，外层织物单层厚度0.21mm，其余单向带单层厚度0.145mm。遵循铺覆对称，外板铺层±45°，成对出现，单层数不超总层数60%原则。主外板铺层为[±45/45/0/-45/90/-45/0/45]；门把手处铺层为 [±45/45//-45//-45//45]；周边密封处铺层为[±45/45///90///45]，如图 1 所示。

图1 复合材料内板设计

2.2 碳纤维复合材料前车门内板设计

碳纤维复合材料车门内板主厚度为2mm，在卡扣接面、门锁安装面等处减薄；保留定位孔、安装孔、过孔、安装面不变；内板与外板胶粘处增厚处理；简化内板结构，优化铺覆性；门锁、铰链和限位器加强板集成到内板一体成型；复材窗框加强板胶粘内板。

内板多种铺层厚度，单层厚度0.145mm，各铺层为：灰色[-45/0/45/90/45/0/-45]s共14层2.03mm厚；粉红色[-45/0/45/90/45//-45/-45/0/45/90/45/0/-45]共13层1.885mm厚；大红色[-45/0/45/90/45//-45]s共12层1.74mm厚；深蓝色[-45/0///45//-45]s共8层1.16mm厚；绿色[-45/0//90/45/////45///0/-45]共7层1.015mm；橘黄色[-45////45/0////45////-45]共5层0.725mm；黄色[-45////45///]s共4层0.58mm。车门总成重量8.21kg，减重10.01kg，减重比54.94%，达到轻量化设计目的。

3 碳纤维复合材料汽车前车门性能分析

通过传统前车门各工况的性能结果，确定碳纤维复合材料车门需要达到的力学性能。