Com o rápido desenvolvimento da indústria de transporte ferroviário da China, bem como o novo conceito de desenvolvimento de economia de energia e ecologicamente correto, o peso leve se tornou o foco do design e da fabricação de veículos modernos. Os compostos de fibra de carbono têm as características de peso leve, alta resistência, resistência à corrosão, baixo custo e fáceis de projetar, processar e modificar. É um meio importante de perceber a leveza da carroceria do carro.
- Seleção de materiais e design de estrutura
A tradicional cobertura da cabine do metrô é feita de plástico reforçado com fibra de vidro, que é feito de material sanduíche de espuma de fibra de carbono. É composto por dois painéis finos e rígidos de fibra de carbono com uma estrutura leve e de alta resistência, que é composta por painéis internos e externos e um núcleo de espuma espesso e leve.
Possui as características de alta resistência específica, alto módulo específico, boa resistência ao impacto, absorção sonora, absorção de vibrações e isolamento térmico. O material reforçado com fibra de carbono é feito de T700 e resina epóxi, e o núcleo do sanduíche é de espuma T90.150. A cobertura da cabeça da cabine do metrô adota a tecnologia de moldagem integrada em autoclave, e o pára-brisa é instalado no meio e o orifício de montagem da lâmpada é reservado. Na estrutura sanduíche do capô da cabine, a camada intermediária desempenha principalmente o papel de painel de suporte e formação do capô.
- Otimização de tamanho livre
De acordo com o layout de tamanho geral dos painéis interno e externo do capô da cabine, a orientação da fibra é disposta ao longo da direção de transmissão de força da tela e os requisitos de cisalhamento e de flexão são integrados para maximizar a alta resistência e rigidez da fibra direção axial.
O número de direções de camadas deve ser o menor possível. Geralmente, quatro direções de camadas de 0 °, 90 ° e ± 45 ° são adotadas. Dentre eles, 0 ° ply é benéfico para a transmissão e capacidade de carga da força axial; A camada de ± 45 ° tem efeito tampão na carga de cisalhamento e tem grande ajuda para melhorar o processo; A camada de 90 ° pode controlar a rigidez lateral e ajustar o coeficiente de Poisson. Na fabricação de estruturas reais da Bosch, a espessura de cada camada é um múltiplo integral da espessura mínima de camada única, e um total de 16 camadas de diferentes formatos são usadas. A espessura de cada camada é de 0.15 mm, e 6/6/2 camadas de 0 °, 90 ° e ± 45 ° são usadas, respectivamente.
3. Otimização da sequência de postura
No projeto de otimização estrutural de compósitos de fibra de carbono baseados em laminados, é necessário otimizar a sequência de empilhamento. A sequência de empilhamento de materiais compostos não afeta apenas as propriedades mecânicas dos laminados de fibra de carbono, mas também afeta o processo.
Como a forma de cada camada é cortada na otimização de tamanho livre, muitas das camadas não são totalmente cobertas nos painéis interno e externo do capô, então o layout da sequência de colocação é o layout geral, e a colocação real no área local do capô será diferente.
A fim de melhorar o desempenho geral de formação da estrutura em sanduíche do núcleo de espuma do capô da cabine e evitar a mudança repentina da espessura escalonada na área de mudança de espessura do laminado, as superfícies interna e externa dos laminados em sanduíche devem ser totalmente cobertas para cobrir toda a estrutura do capô. Ao mesmo tempo, a fim de melhorar a resistência ao impacto da tampa da cabeça, uma camada em escala real de ± 45 ° foi adicionada nas camadas mais externas e internas dos resultados de otimização da sequência de empilhamento.
4. Determinação dos resultados de otimização
Após uma série de projetos de otimização e modificação contínua da tecnologia de assentamento, a qualidade final do capô da cabine de fibra de carbono é de 27%. A estrutura de tamanho real e espessura igual antes da otimização é de 188.4 kg, e a qualidade otimizada é reduzida em cerca de 137.5 kg. A qualidade original do capô da cabine de fibra de vidro é 218.4 kg, e a qualidade da estrutura sanduíche de espuma CFRP é adotada. Diminuiu cerca de 37%.
A redundância estrutural pode ser evitada e o estresse estrutural pode ser aumentado otimizando a estrutura do laminado composto, organizando razoavelmente os materiais e exercendo as propriedades potenciais dos materiais. Sob a condição de atender aos requisitos de resistência, rigidez e estabilidade, o efeito de leveza ideal é alcançado.
