美研發汽車復合材料部件纖維取向/分布模擬預測軟件

 

        為提升燃油效率，使用低成本的輕質材料勢在必行。美國政府規定，到2025年為止，每加侖燃油的行駛里程需達到54.5英里，比現在的35.5英里增加了60%。碳纖維盡管在質量和強度兩方面都超越了鋼鐵，但著實十分昂貴。在實現規?；牧慨a應用之前，滿足機械性能、成本要求和安全要求的新型復合材料亟待開發，例如長碳纖維增強熱塑性樹脂（聚丙烯、尼龍等）。PNNL方面表示，此次開發的軟件能幫助加快低成本碳纖維材料的研發速度。
 

        PNNL方面解釋說，在目前的復合材料汽車部件研發過程中，汽車廠商需要首先建造模具、然后根據模具生產部件，然后對其進行測試。這個過程既漫長又繁瑣，大大延緩了復合材料汽車部件的研發進度。但是，只要使用了此次PNNL領導開發的軟件，汽車廠商在部件脫模成型之前，就能夠直觀的“看”到根據方案設計的碳纖維復合材料部件的結構特性?？偠灾?，該軟件使汽車廠商和零部件制造商以更快的速度檢測并檢驗汽車復合材料的設計方案。
 

        為預測部件中的纖維長度分布和纖維取向，PNNL團隊利用了Autodesk公司的Moldflow軟件。這款軟件的模型是由伊利諾伊大學的Charles Tucker教授團隊研發的。實驗過程得到了豐田、PlastiComp公司和瑪格納的技術支持，實驗材料由PlastiComp公司提供。部件制造和纖維的提取、測驗由普渡大學和佛吉尼亞理工大學完成。
 

       PNNL團隊將模擬軟件的預測結果和真實測試結果進行了比對，結果證明，纖維長度分布準確率為100%，纖維取向準確率也達到了88%。

另外，作為項目的一部分，PNNL與瑪格納以及豐田合作，對長碳纖維部件、玻纖復合材料部件以及標準鋼鐵部件進行比對，分析其在性能和成本上的得失。結果表明，碳纖維復合材料汽車部件可以降低汽車車身20%的重量，但是生產成本確實鋼鐵材料的10倍有余。通過優化工藝、采用預測軟件，這部分增加的成本能夠得到大幅降低，這無疑為碳纖維在汽車行業的量產應用鋪平了道路。