“2017汽车行人保护国际研讨会”于2017年12月21日天津召开，康得复合材料有限公司CAE分析室CAE主管余立厦发表演讲：关于复合材料相关知识及其在行人安全保护中的应用。

康得复合材料有限公司CAE分析室CAE主管余立厦

现场实录：

尊敬的各位领导、各位嘉宾大家好，我是康得复合材料的余立厦，我们对于行人保护可以说只做了非常少的工作，所以今天这个报告的目的主要分享一些关于复合材料相关知识，希望对大家有所帮助。

首先说一下为什么要用复合材料，目前大家都知道汽车越来越多，通常来说有两大途径，第一途径就是新的能源替代传统内燃机，另外就是对于汽车结构进行轻量化，我认为最好的途径就是这两者相结合，轻量化有一个前提，不能只雇重量，同时保证结构的性能要求，首先是复合材料，其实不是像金属一样，是一种单纯的材料，是有好几种材料组合在一起的，所以叫做复合材料，主要组成可以分为两大类，第一类是机体材料，第二类是增强材料，机体材料有金属和非金属，通常按照非常多的碳纤维，其实指的碳纤维复合材料是由树脂作为非金属机体然后组合而成，只不过大家通常习惯叫做碳纤维，不叫做碳纤维复合材料。我们通过增强材料各种种类、型号，各种体积比例，还有相应生产工艺的不同，可以获得不同的性能要求的材料，所以说复合材料是可以设计的，比起金属材料具有更大的灵活性。

像网格一样的比较细腻一些，中间的比较粗，右面属于中等水平，这个就是碳纤维大小不同所造成的。大家图片上看到的是生产出来碳纤维的样子，其实原材料是碳纤维是软的，然后树脂本身也不具备高强度，但是两者结合在一起，就变成相当不错的高强度的结构性材料。

因为在航空当中有一个说法，如果客机能够满足所有的钢强度的要求，那它的疲劳性能基本上不用考量，就是钢强度代替疲劳。还有复合材料比较耐腐蚀，主要结构功能一体化设计，这也可以减少一部分零件管理的费用，还有就是减震性比较好，相应的性能也会比较不错。

在飞机行业里头，复合材料已经是非常成熟了，B787复合材料占到50%左右，汽车行业应用还比较少，主要是有两种方式，第一种方式就是复合材料作为车身的主体结构，比如说之前的宝马I3就是采用50%都是复合材料作为车身主体结构，还有一种用法，我不用复合材料做主体结构，而是复合材料增强车身局部重要区域，本身局部重要区域需要非常厚，或者非常高强度的钢材保证性能，这种做法就可以用一些相对于便宜一点，薄一点的钢材加上复合材料达到相同的强度，同时减轻重量。

宝马7系上面应用的复合材料位置，比如B2、C2等等这些位置。然后复合材料的生产方式，我们康得也是给好几个主机厂做过小批量生产，然后在生产阶段，我们会采用相应的工艺，上面的真空导入，这两种工艺不需要开很多的模具，因为只需要保证你的功能需求面质量就可以，然后到了批量生产阶段，然后就需要开一个正式的模具，然后高压方法可以生成表面相对复杂的结构件，然后可以用对比较简单的结构件，当然这几种工艺方法成本方面也是各有不同，根据实际的需要我们可以选择相应的工艺，我们这次做的北汽某一个大型SUV，把钢材替换为复合材料，当时客户提出目标要求是减重30%，满足性能及试验要求，我们尝试的做一下分析，并没有相应的试验要求，然后我们通常都是先会根据经验选取一个相应的材料参数，同时CAE分析过了以后，我们会具体让工艺部门、设计部门根据选择相应的材料和工艺生产出样件，然后对于样件进行参数设置，在输入为CAE部门进行验证。复合材料主要性能参数主要有这些，主要密度较体积含量有相应的标准测量，复合材料由于金属不同，金属都是各项同机能关系，不同角度的性能都是不一样的，比如说我们通常用的复合材料里面是呈90度方向交织的，把纤维比喻成线，复合材料就相当于毛衣，同时还有拉伸强度、剪切强度。金属硬力达到一定强度以后，基本上没有，可能达到某一个临界质就断掉了，会根据需要选择某一个选择。复合材料连接方式不像金属焊接比较多，我们基本上都是交接，复合材料拉伸交接地方破坏方式有几种，另外一种是胶被拉破坏了。

这里面的参数并没有什么代表性的意义，因为复合材料根据纤维丝数大小不一样，我们对于北汽项目混合复合材料，所以碳纤维比例也不一样，胶的型号也不一样，生产工艺也不一样，这些因素都会造成性能参数都不一样，真正的性能参数是适用于这个情况，左图是我们做成一些复合材料的样件，上面是复合材料样件做性能测试的情况。

我们可以看到拉伸强度比方说零度和90度拉伸强度是一样的，我们用的是90度的交叉的方式，如果我们说复合材料比较灵活，我们希望零度更强一点，我们增加零度纤维的比例，90度方向相对比较弱。当然只是一个研究性的工作，因为也没有客户提供的整车模型，也没有发动机大灯，也没有这些东西，非常简单单独用机盖做一个分析。

其实还可以最大HIC值为670，7个冲击点分析结果为最大值为763，我们对于北汽进行测试，碳纤维机盖和碳波机盖成本更高，所以我估计刚才一汽的于女士用的是碳纤维复合材料做的行人保护效果并不这么好，当然具体机盖保护性能怎么样，我们更严谨做法就是做进一步的分析，我们这里结果只是做一个参考。

我这里总结一下，在性能上碳波混编复合材料都是满足要求的，这个是通过实际实验验证过的没有问题，碳波混编机盖达到40%，如果是纯碳纤维作为机盖减重可以达到更高的水平，由于我们客观的条件所限，进行只是简单的分析，我们也希望将来和主机厂深入合作，我们一起研究将复合材料列入可能性，因为复合材料有灵活性，比如你希望你的地方强度比较高，但是你可以在这个地方局部多铺几次，如果你希望将来会发生相对弱一点，做一个引导，你可以在这个地方局部减，你都是可以设计，这个比结构设计会更加方便一些。

另外一个展望，我相信随着轻量化需求进一步提高，我们也期待主机厂进一步深入合作，推广合作实现双赢，谢谢大家！