根據上車體的結構和功能，CFRP上車體零部件要求替代原車身上車體所含的上車體金屬框架、頂蓋本體以及體現相關的與前后風擋玻璃、通風蓋板、天窗、遮陽簾、遮陽板、內后視鏡、頂部拉手、安全帶、A/B 柱飾板、尾翼、電子電器線束相關的所有安裝結構; 并滿足與下車體的裝配。

　　在零部件結構性能方面，CFRP上車體要求滿足《GB 26134—2010 乘用車頂部抗壓強度》中的安全標準，由于碳纖維復合材料與金屬不同，屬于硬脆性材料、無塑性變形，因此選擇GB 26134—2010 標準中加載127 mm 強制位移時，頂蓋部位產生的對應載荷的反作用力應大于車重1. 5 倍的判斷準則進行安全性判定( 搭載車型的整備重量小于0. 9 t，所受載荷目標值應大于12. 2 kN) 。同時，上車體需滿足整車搭載彎曲模態一階扭轉模態大于30 Hz、MATCH-BOX 模態大于35 Hz、一階彎曲模態大于30Hz 條件; 而在滿足結構與功能要求的同時，輕量化率需≥35%。

　　設計方案及典型結構

　　本研究在全面考慮原上車體結構性能需求及CFRP材料特性及工藝特性的基礎上，對原上車體零部件及結構進行了全新設計( 見圖2) :

　　先，完全取消原金屬框架零部件，通過在原頂蓋本體前后橫梁部位增加CFRP內部加強板的形式，充分發揮碳纖維復合材料的比強度高、比模量高和可設計性的特點，將原金屬上車體框架功能與頂蓋本體集成，形成一體化上車體結構( 見圖3) ;

　　其次，取消原B 柱壓鑄鋁合金結構，配合安全帶安裝點功能需求，采用在B柱部位CFRP內部加強板中增加金屬板預埋件及螺母結構，滿足B 柱部位的結構與功能要求( 見圖3) ;

　　再次，周邊零件的安裝結構以鋁合金支架粘接/預埋形式與CFRP上車體集成; 后，CFRP上車體與下車體采用上車體預埋/粘接鋁合金連接結構，與下車體進行螺栓連接及粘接。

　　圖2 碳纖維復合材料上車體結構設計數模

　　圖3 碳纖維復合材料上車體主要零部件

　　2. 3 材料選擇及鋪層

　　考慮成型工藝易實現及低成本化，本研究選擇低溫預浸料及真空袋壓成型工藝。主要鋪層為:

　　①頂蓋本體，表面采用1 層200 克重T300 斜紋預浸布，內部采用10 層300 克重UD T700SC 預浸布按［( 0) /0 /45 / － 45 /90 /02 /90 / － 45 /45 /0］鋪層設計鋪設而成;

　?、趦炔考訌姲澹砻娌捎靡粚?00 克重T300斜紋預浸布，內部采用10 層200 克重UD T700SC 預浸布按［( 0) /0 /45 / － 45 /90 /02 /90 / － 45 /45 /0］鋪層設計鋪設而成。低溫固化預浸料主要力學性能見表1。

　　3CAE 分析

　　為滿足碳纖維上車體的結構設計與性能要求，本研究采用Hypermesh 13. 0 對上車體數模進行前處理，并采用Abaqus 6. 12 /Lsdyna Ｒ6. 1 /Hyperview13. 0 對碳纖維上車體方案進行頂壓與模態CAE分析。

　　3. 1 頂壓CAE 分析

　　頂壓CAE 分析參考GB 26134—2010 乘用車頂部抗壓強度對頂蓋部位的測試要求進行，分別開展兩種情況的頂壓CAE 分析———上車體零部件頂壓CAE 分析( 見圖4) 及整車頂壓CAE 分析( 見圖5) 。

　　其中，上車體零部件CAE 分析以上車體部件為對象進行，CAE 結果表明在進行強制位移加載時，其反作用可達到21 kN，滿足安全性要求;

　　而以自車身頂壓CAE 分析以搭載上車體的整車數模進行，其頂壓CAE 分析結果顯示，車身頂部結構所受載荷增加至28. 1 mm 時，承受力達到目標值12. 2 kN; 在60 mm時，承受力達到13. 6 kN，頂部出現壓潰，滿足設計要求。

　　圖4 上車體頂壓CAE 分析

　　圖5 整車搭載頂壓CAE 分析

　　3. 2 模態CAE 分析

　　為驗證上車體設計是否滿足整車NVH 需求，將上車體數模搭載于原車身數模中進行模態分析，分析結果如表2 所示，均滿足目標要求。

　　成型工藝

　　本研究主要針對CFＲP 上車體結構設計及驗證，因此研究過程中并未選擇適用于批量生產的成型工藝，而是考慮制件質量和工藝可實現性，選擇低溫固化預浸料鋪層的真空袋壓成型工藝，以保證樣件質量與制造可實現性的平衡( 見圖7) 。

　　CFＲP 零部件成型固化溫度為80 ℃，固化時長為3 h，固化成型CFＲP 零件與金屬零件共同進行粘接和裝配( 見圖8) ，各部件的膠接采用金屬框架結合玻璃鋼壓板的輔助工裝保證膠接區域的平面度，從而保證膠接后總成的尺寸和精度，終形成CFＲP 上車體。

　　試驗結果

　　輕量化效果

　　經實際測量，CFＲP 上車體總承重量為19. 4 kg，原結構重量29. 27 kg，減重35%。

　　5. 2 頂壓測試

　　CFRP上車體零部件頂壓測試由天津汽車技術研究中心實施，試驗采用臺架的方式，以CFＲP安裝與金屬框架工裝的形式模仿CFＲP 上車體在下車體上的安裝狀態進行測試，測試過程及載荷施加條件嚴格按照GB 26134—2010 進行，測試結果如圖9 所示。

　　實驗結果表明在測試條件下，上車體可產生20 kN 抵抗力，滿足上車體設計要求。由于該測試的工裝約束及載荷施加狀態與CAE 分析中上車體零部件分析狀態一致，因此，與上車體零部件頂壓CAE 分析結果( 21 kN) 相比較，CAE 分析與實際測試偏差小于5%，CAE 分析結果與實際測試結果具有較高的擬合性。

　　考慮臺架測試結果與CAE 分析結果具有較高的擬合性，測試結果滿足安全要求，且整車頂壓測試需對整車進行破壞性試驗，因此，暫未開展整車頂壓測試。

　　高寒測試及綜合耐久性測試

　　為驗證CFＲP 上車體低溫性能及結構耐久性能，將CFＲP 上車體搭載于高寒實驗及綜合可靠性實驗車輛上，隨測試車輛進行高寒實驗( 內蒙古呼倫貝爾冬季汽車試驗場) 及綜合可靠性實驗。高寒實驗已經完成，綜合可靠性測試已完成30000 km，均未發現不良問題，滿足設計要求。

　　結論

　　本研究針對純電動轎車上車體結構件進行碳纖維復合材料設計開發，利用碳纖維復合材料可集成化及可設計性特點，采用整體式上車體結構取代了原上車體框架及頂蓋本體的分體結構，在滿足上車體結構性能的同時，獲得了較高的輕量化效果。同時，本研究完成上車體樣件的試制，并搭載于整車進行相關試驗驗證; 通過其CAE 分析及實車測試認為碳纖維復合材料上車體滿足所需頂壓測試、模態要求、高寒測試及綜合可靠性測試要求，具有量產應用可行性。由于本研究成型工藝目前選擇適應樣件制造的真空袋壓成型，在后期研究中將進一步針對批量生產的需求進行適應量產化成型工藝的研究及結構優化，以終實現碳纖維復合材料車用零部件的量產開發。
 

　　為進一步促進高性能復合材料在交通領域輕量化新技術、新應用的發展，全面貫徹落實十四五規劃，推動復合材料產業鏈優化升級，學習交流國內外交通領域復合材料及制品的先進技術、前沿工藝與市場趨勢，復材網攜手杭州卡淶復合材料科技有限公司定于2021 年 6 月 7-9日在浙江?杭州召開“第十一屆高性能復合材料新技術新應用國際高峰論壇暨高新裝備展”邀請國內外的復合材料、制品及汽車、軌道交通、航空航天、海洋船舶等終端應用專家學者深度探討交流，重點學習交流國際復合材料新技術、新應用的國內發展現狀與市場發展趨勢。

　　本次論壇主題是"高性能復合材料新技術新應用"。論壇將嚴格落實環保法規及衛生防疫要求，加強與國外先進技術的交流互動,特邀請國內外專家作應用技術與市場分析報告，坦言問題與挑戰，講技術，談應用，析市場，構建一個“材料—制品—裝備—零部件—終端市場”無縫對接的全產業鏈優化平臺，有利于企業頂層設計及調整規劃，在市場競爭中占據優勢。

　　論壇期間還將在會場外舉辦復合材料高新裝備展，設備企業參與到全產業鏈優化平臺交流對接中，了解客戶新需求，調整產品設計規劃，從而共同推動復合材料新技術、新應用發展。

　　同時，論壇還將安排參觀杭州卡淶復合材料科技有限公司，企業主要面向汽車零部件系統、儲能系統（電池箱、碳纖維高壓氣瓶）、軌道交通、大型無人機和石油裝備等市場，通過運用源于德國的高性能復合材料規?；O計和工藝制造技術、碳纖維回收再利用技術以及國內的汽車復合材料部件規?；慨a經驗，針對客戶的不同需求，提供高效、低成本、定制化的輕量化解決方案，包括材料結構設計、小批量制造和量產，引領復合材料應用進入 4.0 時代（工業化、自動化、規?；⒚裼没?。

　　主辦單位

　　復合材料信息網

　　杭州卡淶復合材料科技有限公司

　　協辦單位

　　浙江省杭州市余杭區錢江經濟開發區

　　參觀工廠杭州卡淶復合材料科技有限公司展示

 

　　報告嘉賓

 

　　Prof. Dr. Klaus Drechsler

　　德國工程院院士

　　德國薩克森科學院院士

　　德國碳纖維復合材料聯盟主席

　　慕尼黑工大碳纖維復合材料研究所所長

　　Fraunhofer IGCV輕量化工程研究所所長

　　杭州卡淶復合材料科技有限公司 席技術顧問

　　報告題目

　　復合材料技術在大規模量產應用領域的現狀和未來發展趨勢

　　報告大綱

　　- 近三年的復合材料量產應用的典型案例

　　- 未來復合材料的技術發展趨勢和機會

 

　　Mr.Georg Kaesmeier

　　Managing Partner, Forward Engineering GmbH

　　德國Forward Engineering合伙人，德國Forward Engineering GmbH（以下簡稱“FE”）是歐洲知名的輕量化設計公司，前身為碳纖維輕量化汽車設計公司Roding Automobile，總部位于德國巴伐利亞州慕尼黑，在韓國、日本及美國均設有代表處，日本三井集團（MITSUI）是其第二大股東。FE主要從事汽車碳纖維復合材料輕量化零部件的工程設計開發工作，曾參與寶馬i3，i8及新7系等車型復合材料車身零部件的設計。FE在市場上同蔚來汽車、長安汽車、北汽新能源、觀致等汽車廠有豐富的合作案例，在其他亞洲市場，與尼桑、豐田、現代等公司有深度合作。此外，FE與知名的輕量化材料供應商Evonik（贏創）建有合資公司，主要從事碳纖維輕量化材料的營銷。

　　報告題目

　　Design for Sustainability – how to win with composites

　　面對可持續發展的工程設計——如何利用復合材料取勝

　　報告大綱

　　Sustainability trends in Automotive

　　Key challenges of composite materials in the market

　　Design strategies for sustainable products

　　How to use Life-Cycle-Analysis in your product design process

　　Thermoset materials vs. Thermoplastic materials

　　State of the art recycling technologies for composites

　　Future Outlook how to win business with composites

　　汽車行業的可持續發展趨勢

　　市場上復合材料應用的主要挑戰

　　可持續產品的設計策略

　　在產品設計過程中，如何應用生命周期分析

　　熱固性材料VS.熱塑性材料

　　新的復合材料回收技術介紹

　　展望 - 如何用復合材料贏得業務

 

　　Mr Gianfranco Lanini

　　LEonARDO S.p.A.(意大利萊昂納多股份有限公司）航空結構事業部副總裁，萊昂納多上?？偛靠偨浝?，商飛CR929項目大區負責人。

　　LEonARDO S.p.A總部在意大利羅馬，1913年成立，180多個機構遍布20余個，其中制造廠有83個, 公司有7個業務部門分別是直升機、飛機、航空結構、機載與空間系統、陸海防御電子、防御系統、安全與信息系統事業部，是十大軍工集團之一，歐洲第二大航空航天企業，意大利大的工程及航空航天集團。

　　報告題目

　　復合材料在商用航空領域的應用

　　報告大綱

　　-復合材料在商用航空中應用簡史，從操控面板到完整的復合材料結構應用

　　-商用航空采用復合材料的優勢（重量，維護，使用壽命）

　　-未來挑戰--未來復合材料航空結構的要求（可回收性、生產系統靈活性、縮短投入市場的時間）

 

　　魏斌博士

　　現任杭州卡淶復合材料科技有限公司CTO兼工程研究院院長，曾出任慕尼黑工業大學輕量化工程研究所副研究員、奧迪汽車集團（德國總部）研發工程師、蔚來汽車德國中心輕量化工程高級經理、吉利汽車德國研發中心輕量化集成總監。同時，魏斌博士兼任復合材料學會車輛工程專業委員會副主任委員。

　　報告題目

　　車身碳纖維部件：從方案、研發到量產

　　報告大綱

　　碳纖維在車身結構的量產化應用需要解決用在哪、生產效率、質量穩定以及用得起這幾個核心問題。結合已有的量產項目經驗，報告系統的介紹方案論證、方案研發和驗證、材料測試以及CAE校正、樣品試制和測試、以及裝配方案等多方面內容。

 

　　宋光輝

　　浙江吉利新能源商用車集團有限公司客車事業部副總經理、高級工程師

　　報告題目

　　新能源電動客車車身的復合材料應用

　　報告大綱

　　目前市場上，巴士和客車的車身主要采用傳統的鋼制車身，自重較大，油耗較高，運營成本偏高。作為運營車輛，整車生命周期成本包括購置、日常運營、維修保養以及報廢周期是運營方高度關心的產品指標，這也對生產方在制造投入成本，產品的生產效率、質量以及物流成本方面提出了新的要求。基于各方需求驅動，模塊化、輕量化、分布式組裝的客車車身方案被工業界提上了議程。報告主要闡述吉利商用車和杭州卡淶復合材料科技有限公司攜手開發的產品和技術方案。

 

　　韓非博士

　　現就職于寶鋼股份研究院并任高級主任研究員。專注于汽車先進高強鋼成形理論與應用技術。負責寶鋼研究院汽車板EVI技術解決方案團隊及用戶技術支持工作，負責寶鋼車身用材及輕量化技術、超高強鋼成形與應用解決方案研發與應用研發，推進與用戶新材料、輕量化技術應用與實踐合作

　　報告題目

　　碳中和下的輕量化挑戰與寶鋼新能源汽車用材解決方案

　　報告大綱

　　新能源車行業迅猛發展，面對碳中和目標，對輕量化、材料發展提出了新的挑戰與需求。報告介紹了在此背景下，對新能源汽車輕量化、低碳發展的理解，對新能源汽車用材的解決方案，并對未來包括鋼、鋁、復合材料等材料發展給出了展望。

　?。ǜ嗑蕡蟾媾c重量級嘉賓，正在公布中）

　　日程安排

　　6月7日（星期一）

　　13：00-20：00

　　論壇報到

　　6月8日（星期二）

　　09：00-12：00

　　論壇報告

　　6月8日（星期二）

　　14:00-18:00

　　論壇報告

　　_

　　6月8日（星期二）

　　19：00-21：00

　　歡迎晚宴，互動交流

　　6月9日（星期三）

　　08：30-15：00

　　工廠現場實操，生產中遇到的問題展開探討解答、樣品展示。

　　時間/地點

　　時間：2021年6月7日-9日

　　地點：浙江杭州

　　相關事項

　　1.會務費標準

　　復材網會員：3000元/人，非會員3800/人

　　包含會議門票、會議資料、餐飲、住宿統一安排，費用自理。

　　2.會務費請按要求提前匯入指定賬戶，會務組統一開具發票，開票資料請發郵箱 ：frp@cnfrp.com