汽車多種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)開發(fā)

由于汽車行業(yè)被認(rèn)為是世界能源消耗和污染物排放的主要來源，因此各個國家都制定了相應(yīng)的法規(guī)，以限制汽車的能源消耗和污染物排放。汽車輕量化是降低汽車能源消耗和污染物排放的有效措施。未來汽車不僅作為一種交通工具，還將成為人們工作和休息的場所。對此，克萊姆森大學(xué)的國際汽車研究中心與通用汽車啟動了一項(xiàng)名為Deep Orange的工程，該工程意在通過使用多材料復(fù)合結(jié)構(gòu)開發(fā)出適合年輕人使用的城市汽車。

目前，Deep Orange工程已經(jīng)實(shí)施了5期，正在進(jìn)行的是Deep Orange工程的第6期。在第6期工程中，設(shè)計(jì)了靈活高效的清潔動力系統(tǒng)，可行的輕量化結(jié)構(gòu)工程以及盡可能低的成本。因而，第6期工程在實(shí)現(xiàn)清潔動力系統(tǒng)時采用純電動汽車架構(gòu)。在實(shí)現(xiàn)輕量化結(jié)構(gòu)工程時，則采用碳纖維復(fù)合材料。由于碳纖維復(fù)合材料的成本較高，因此為降低成本則采用碳纖維復(fù)合材料與金屬基復(fù)合材料兩種材料。應(yīng)用時，首先將這兩種復(fù)合材料應(yīng)用在車身覆蓋件中，并加工成薄層；之后將這兩種復(fù)合材料薄層進(jìn)行交替鋪設(shè)，并將整車質(zhì)量作為目標(biāo)函數(shù)、不同覆蓋件的厚度作為優(yōu)化變量、汽車的碰撞安全性要求作為約束條件，采用近似優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化，確定多種復(fù)合材料覆蓋件的厚度；最后，對設(shè)計(jì)后的汽車模型進(jìn)行整車剛度的有限元分析，并制造實(shí)車原型進(jìn)行聯(lián)邦汽車安全標(biāo)準(zhǔn)（FMVSS）中規(guī)定的正面碰撞測試。

Christopher Flegel et al. SAE 2016-01-1334.

編譯：李臣