东京R&D提出充分利用CFRP各向异性的设计方案

据日经BP社报道，东京R&D公司（总部：东京）在“人与车科技展2012”（2012年5月23～25日于太平洋横滨国际会展中心举行）上，展出了CFRP（碳纤维增强树脂基复合材料）车身结构部件的设计辅助模拟技术。据介绍，该技术可计算出在满足所需强度及刚性的同时使成本及重量最小化的设计。



　　在作为要求高强度及高刚性的车身结构材料的CFRP中，大多采用向按照单一方向（UD）或相互垂直的两个方向（交叉）排列的纤维片中浸入树脂，形成“预浸料”，然后将预浸料层叠起来加热，使之接合并硬化的加工方法。用这种方法制造出来的CFRP材料具有各向异性，在纤维排列方向上可发挥出充分的机械特性，而在其他方向上却没有那么高的强度。CFRP的各向异性是普通金属材料及树脂材料所没有的特点。

123456

　　这种各向异性有望带来更高的强度，但要想充分利用这一点，必须要准确掌握哪一方向上承受什么样的负荷，因此现在还很难自如使用。据东京R&D制造本部制造部部长白岩一行介绍，在汽车领域，运用各向异性的设计并不是太多。目前，车身结构部件使用CFRP时，大多在纤维朝向不同方向的情况下层叠预浸料，使整体具有准各向同性，并使用与金属材料及树脂材料一样的设计方法及模拟技术。

　　运用各向异性的设计之所以很难，原因之一在于目前尚未确立如何组合各种预浸料才能使机械特性得以优化的方法。东京R&D的模拟技术通过对数量庞大的组合实施验证，得出了最佳设计方案。具体操作如下。首先以整个结构部件为对象进行应力分析，找出强度及刚性要求最高的部位。接着，只提取这一部位，实施与组合相关的验证，由此确定可在满足所需机械特性的同时使成本及重量最小化的设计（预浸料的种类、方向、层叠张数等等）。最后将这一结果反映到上述整个结构部件的应力分析中，确认是否达到了所需要的强度及刚性。如果其他部位出现了新的问题，就再提取该部位回到上一步再次进行优化。 123456

　　东京R&D今后将使用该模拟技术，开展CFRP车身结构部件试制等设计辅助服务。据介绍，现已收到了与汽车部件相关的委托。



东京R&D受专业自行车队委托试制的CFRP车架。要求“在保持弯曲刚性的情况下提高扭曲刚性”。通过运用模拟技术，在保持弯曲刚性的同时大幅提高了扭曲刚性。 

上一篇：研究观察：连续纤维复合材料3D打印技术

下一篇：CFRP加工切削面表面粗糙度仅Ra0.4μm，既无分层也