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【摘要】：作为一种由两种或以上的材料合成的不同性质的全新材料，复合材料的生成路径都是通过化学作用或者物理作用。经过特殊的反应，复合材料有着优异的力学以及高配比设计的特点，因此在我国航天领域已取得广泛的应用。在我国化工水平不断提升下，复合材料中的纤维和树脂在不断提升的基础上，其价格也不断下降，这也为汽车轻量型的设计奠定了基础。本文结合复合材料在汽车轻量设计中的应用进行分析，希望能够为相关单位提供参考借鉴。
【关键词】：复合材料；轻量型；设计分析
随着我国能源建设和科技的不断发展，环境问题得到了我国各方面的建设关注。复合材料在优化汽车以及交通领域有重要的研究和分析。很多企业也将复合材料在轻量型设计方面进行延伸。加强复合材料在汽车轻量型中的应用，不光能减少汽车污染，还能够优化汽车行业，为社会的建设和发展奠定基础。
1.复合材料在轻量汽车设计应用中的价值和意义
复合材料作为一种新型的材料，化学性能稳定，耐久性强，如今被广泛的应用航空航天领域。在市场的竞争下，原材料的价格不断下降，也为汽车行业改革创新奠定的基础，在汽车行业面临转型的同时，材料为轻量化设计，凸显了各方面优势，其主要在以下几个方面。
1.1力学性能
做材料的特点是比一般的汽车材料具备更高的强度和耐久性，在抗压抗弯曲等方面更好的优势。一般而言，轻量汽车性能的尽量有两个方面，第一个是比强度，第二个是比模量。二者在强度和模量之间的密度比有较为明显的体现。比强比指的是同一强度下，零件自重减轻，且刚性变大。这两种性能的提高对优化力学性能，加强轻量化设计有重要的意义。
减轻汽车制造工艺，缩短生产流程，让其更为方便的成为交通运输工具，也是其鲜明的特点之一。再结合化学性能方面而言。复合材料和传统的汽车制造材料不同，它内部有纤维增强材料。因此能在汽车轻量化设计方面能够生产出强度，因此为创新轻量型设计拓展了更多的方向。
1.2设计方面
在设计方面符合材料的结构和性能具有较大的优势。因为和传统的汽车制造材料不同，复合材料中的基体材料和增强材料的选择都可以从纤维材料中入手。在设计方面，由于复合材料的自重减轻，刚性强，因此它在铺层设计方面有更多的选择，其次，由于其以及材料选择方向较多，且制造方式也突破了传统的极限。传统材料制造的时候是通过铆接焊接的方式，但是复合材料的合理设计能够通过拼接甚至是粘接完成整体成型。物理和化学的作用下，零件的整体性能强且成本被降低。这也是轻量型涉及重要的特点之一。
1.3耐久性
耐久性包括抗疲劳，抗腐蚀以及抗震抗噪的效果。不过材料在耐久性方面比普通材料有着更好的优势。例如传统的纤维增强复合材料因为内部的纤维和机体存在阻隔面。在传输的时候，纤维承担了一定的承载力，且能有效的缓解和阻止外加荷载对表面的扩散和破坏。大多数汽车制造的金属材料疲劳强度是拉伸强度的30%或50%，而通过复合材料可以提升金属的疲劳强度和拉伸强度，甚至将这个数值达到80%左右。然而复合材料，可以通过特殊的技术和夹层结构减少能量的扩散和破坏，进一步实现抗震减噪的效果，这也能够为汽车运行提升其稳定性和抗颠性。最后，复合材料有着极强的稳定性。在使用纤维增强酚醛树脂的时候，材料中所含的氯离子经过长期使用，可以制造出强耐久性和抗腐蚀的设备，并适合在碱性环境中使用。
2.复合材料在汽车设计中的应用和扩展
随着汽车领域不断发展和建设。生产更低的能量消耗和耗油产品已经成为这个产业的发展趋势。而轻量型设计的产生，这为汽车行业的发展和建设奠定了强大的基础。
随着复合材料在汽车的应用，从1952年起，纤维材料就已经被运用到通用汽车设计中。随着能源要求和社会化的不断发展，复合材料满足了更多家庭的需求。大量的复合材料在汽车生产中应用于发动机盖、前后杠、内部装饰和弹簧的设计和制造中。
2.1增强塑料、玻璃纤维材料的应用
复合材料早期用于汽车的内部及构造和装饰，学校国内科学家的研究。复合材料也不断地运用于特殊的汽车构件中。在奔驰c级轿车上，通过使用30%的增强塑料以及60%的玻璃纤维复合材料，减少了过滤系统38%的质量。通过这样的设计，能够减少车的质量，同时也为过滤系统奠定了更好的使用基础。
2.2碳纤维复合材料的应用
经过多年的发展和应用，玻璃纤维的复合材料已经在汽车行业应用十分成熟，而碳纤维复合材料也弥补了其强度不足和刚度不足的特点，正在不断开发与主要构建中。碳纤维材料因为其优异的历史性质，广泛应用于航天工业的产品里面。其汽车使用的钢结构有同样吸引人的耐久性。在轻量化设计方面，碳纤维能够吸收一定的能量和历史压力。且主要作为汽车整体的受力骨架底盘、传动轴板簧等设计，通过运用碳纤维复合材料加强的车辆品质的设计。保证了其更轻便、质量更高、更强更稳定的特点（如图1所示）。
2.3环保复合材料的设计
对比传统的材料和核材料，在汽车运用方面有自己的特点，如高强度耐久性。复合材料虽然具有诸多优点，但其回收问题一直是限制复合材料在汽车上应用的难点。近年来对于环境的重视，对于节能减排要求的不断提升，为复合材料在汽车轻量化方向上提供了发展契机，也同样为复合材料的回收提出了更高的要求。传统的玻璃纤维与碳纤维复合材料特别是热固性材料难回收而且难降解，给环境带来困扰。英国伦敦皇家学院及其合作者曾研发出一种碳纤维复合材料并申请了专利，此材料可用于存储和释放电能，不仅耐用、质量轻且力学性能出色，可用于结构件和车身面板的制造。使用该材料制成的汽车，其本身就可以看作一个电池，由于其充放电过程不包含化学反应，因此电池性能不会随时间而衰减。
3.结语
随着汽车产业的不断发展和建设，将复合材料应用于汽车轻量化设计也是重要的趋势之一，将复合材料应用于汽车中可以改变现在汽车行业面临着轻量化耐久性环保化的特点。所以说我国的不断探讨和研究复合材料，在汽车领域已经积累了部分的经验，生产出各种创新化的产品，如碳纤维，玻璃纤维等复合材料。
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论文作者: 刘 冲,李学刚
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/10
标签：复合材料论文; 材料论文; 汽车论文; 耐久性论文; 碳纤维论文; 强度论文; 轻量化论文; 《科学与技术》2019年第08期论文;