東京R&D提出充分利用CFRP各向異性的設計方案

據日經BP社報道，東京R&D公司（總部：東京）在“人與車科技展2012”（2012年5月23～25日于太平洋橫濱國際會展中心舉行）上，展出了CFRP（碳纖維增強樹脂基復合材料）車身結構部件的設計輔助模擬技術。據介紹，該技術可計算出在滿足所需強度及剛性的同時使成本及重量最小化的設計。



　　在作為要求高強度及高剛性的車身結構材料的CFRP中，大多采用向按照單一方向（UD）或相互垂直的兩個方向（交叉）排列的纖維片中浸入樹脂，形成“預浸料”，然后將預浸料層疊起來加熱，使之接合并硬化的加工方法。用這種方法制造出來的CFRP材料具有各向異性，在纖維排列方向上可發揮出充分的機械特性，而在其他方向上卻沒有那么高的強度。CFRP的各向異性是普通金屬材料及樹脂材料所沒有的特點。 123456

　　這種各向異性有望帶來更高的強度，但要想充分利用這一點，必須要準確掌握哪一方向上承受什么樣的負荷，因此現在還很難自如使用。據東京R&D制造本部制造部部長白巖一行介紹，在汽車領域，運用各向異性的設計并不是太多。目前，車身結構部件使用CFRP時，大多在纖維朝向不同方向的情況下層疊預浸料，使整體具有準各向同性，并使用與金屬材料及樹脂材料一樣的設計方法及模擬技術。

　　運用各向異性的設計之所以很難，原因之一在于目前尚未確立如何組合各種預浸料才能使機械特性得以優化的方法。東京R&D的模擬技術通過對數量龐大的組合實施驗證，得出了最佳設計方案。具體操作如下。首先以整個結構部件為對象進行應力分析，找出強度及剛性要求最高的部位。接著，只提取這一部位，實施與組合相關的驗證，由此確定可在滿足所需機械特性的同時使成本及重量最小化的設計（預浸料的種類、方向、層疊張數等等）。最后將這一結果反映到上述整個結構部件的應力分析中，確認是否達到了所需要的強度及剛性。如果其他部位出現了新的問題，就再提取該部位回到上一步再次進行優化。 內容來自123456

　　東京R&D今后將使用該模擬技術，開展CFRP車身結構部件試制等設計輔助服務。據介紹，現已收到了與汽車部件相關的委托。



東京R&D受專業自行車隊委托試制的CFRP車架。要求“在保持彎曲剛性的情況下提高扭曲剛性”。通過運用模擬技術，在保持彎曲剛性的同時大幅提高了扭曲剛性。