碳纤维B柱加强板轻量化设计与仿真

文章来源：| 汽车轻量化在线发布时间：2021-02-03

分享到

本文采用Hyperwork软件分析汽车中立柱加强板的抗冲击性，研究结果表明，以碳纤维材料的B柱加强班较金属减重比为31.31%，汽车整体质量明显变轻。

摘要：当今时代汽车工业十分注重环保和节能，而轻量化已经成为实现这一目标的一种重要的方法。对于新型材料来说，碳纤维是其中最出彩的材料之一，强度高、刚度大以及质量轻是其普遍化的原因之一，所以在相同条件下，碳纤维材料更轻，仅为金属材料的25%到35%。本文采用Hyperwork软件分析汽车中立柱加强板的抗冲击性，研究结果表明，以碳纤维材料的B柱加强班较金属减重比为31.31%，汽车整体质量明显变轻。

概述：结构优化已在汽车不管是设计还是优化上普及，在汽车外观设计的同时，对设计的结构进行优化和去除边角部位后简化以及仿真优化。本文采用OptiStruct软件，该软件适用于金属材料的静、动态分析以及复合材料的线性及非线性优化，主要涉及自由尺寸优化、尺寸优化、层合板的铺层次序优化。

初始铺层设计

在原来B柱加强板基础上，其材料是钢制对其结构进行更改，描述如表1所示。

表1 设置初始层解决方案

自由尺寸优化

经过迭代计算，得到图1为0°，±45°，90°每一个角度超级层的厚度分布。

图1 各个超级层的厚度分布

尺寸优化

如图，优化后碳纤维材料B柱的最厚部分为5.1mm，最薄部分0.9mm。原制B柱的单层厚度比较均匀为0.3mm，优化后的新材料B柱加强板共17层，纤维铺层角度各不相同。通过优化后得到尺寸进行建模以及铺层次序优化，如图2所示。

图2 每一优化迭代步的铺层次序

优化后确定B柱加强板的厚度和铺层顺序，其B柱的总成及刚度值如表2。

表2 优化后B柱总成的刚度值

刚度结果对比

对比结果可知：碳纤维复合材料B柱加强板厚度为最厚的地方5.1mm最薄的部位只有0.9mm，而初始的铺层方案的所有部位都是3mm，顺序为[0/90/90/45/-45/90/0/45]s。优化后17层铺层相对于碳纤维复合材料的初始方案，总体刚度增加，且在质量上面也都比前两者有明显的减少，明显实现了轻量化的目的。

表3 刚度分析结果