2-复合材料在汽车轻量化方面的应用-李文晓

纤维增强复合材料纤维增强复合材料纤维增强复合材料纤维增强复合材料在汽车上的应用在汽车上的应用同济大学复合材料与结构所同济大学复合材料与结构所李文晓李文晓李文晓李文晓内容提要内容提要内容提要内容提要11复合材料与汽车轻量化复合材料与汽车轻量化††11复合材料与汽车轻量化复合材料与汽车轻量化††22复合材料在车身上的应用复合材料在车身上的应用复合材料在车身上的应用复合材料在车身上的应用††33复合材料在功能结构件上的应用复合材料在功能结构件上的应用44技术发展趋势技术发展趋势††44技术发展趋势技术发展趋势2012-4-24同济大学复合材料与结构所211复合材料与汽车轻量化复合材料与汽车轻量化11复合材料与汽车轻量化复合材料与汽车轻量化汽车的轻量化需求汽车的轻量化需求††1.11.1汽车的轻量化需求汽车的轻量化需求††1.21.2实现车身轻量化的途径实现车身轻量化的途径††1.21.2实现车身轻量化的途径实现车身轻量化的途径††1.31.3复合材料汽车部件的性能优势复合材料汽车部件的性能优势复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况††1.41.4复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况2012-4-24同济大学复合材料与结构所31111汽车的轻量化需求汽车的轻量化需求1.11.1汽车的轻量化需求汽车的轻量化需求††节能减排压力节能减排压力††节能减排压力节能减排压力„„整车重量与燃油效率整车重量与燃油效率††节能减排措施节能减排措施„„传统汽车：轻量化、小型化传统汽车：轻量化、小型化传统汽车：轻量化、小型化传统汽车：轻量化、小型化„„新能源汽车：轻量化奠定产业基础新能源汽车：轻量化奠定产业基础††混合动力汽车混合动力汽车混合动力汽车混合动力汽车††电动汽车电动汽车††燃料电池汽车燃料电池汽车2012-4-24同济大学复合材料与结构所41212实现汽车轻量化的途径实现汽车轻量化的途径1.21.2实现汽车轻量化的途径实现汽车轻量化的途径††结构优化结构优化††结构优化结构优化„„优化设计（提升结构强度，采用中空化构件）优化设计（提升结构强度，采用中空化构件）功能配置优化功能配置优化††功能配置优化功能配置优化„„集成化集成化集成化集成化††新材料技术新材料技术„„采用轻质材料采用轻质材料„„采用轻质材料采用轻质材料††轻质合金轻质合金††工程塑料工程塑料††工程塑料工程塑料††复合材料复合材料2012-4-24同济大学复合材料与结构所51313复合材料汽车部件的性能优势复合材料汽车部件的性能优势1.31.3复合材料汽车部件的性能优势复合材料汽车部件的性能优势轻质高强：减重效果明显轻质高强：减重效果明显††轻质高强：减重效果明显轻质高强：减重效果明显††材料各向异性，可设计性强材料各向异性，可设计性强††材料各向异性，可设计性强材料各向异性，可设计性强„„便于结构优化设计便于结构优化设计高安全性高安全性††高安全性高安全性††提高乘客的舒适性：降噪减振提高乘客的舒适性：降噪减振提高乘客的舒适性：降噪减振提高乘客的舒适性：降噪减振††耐腐蚀、耐疲劳、长寿命耐腐蚀、耐疲劳、长寿命小批量生产的成型周期短，模具费用低小批量生产的成型周期短，模具费用低††小批量生产的成型周期短，模具费用低小批量生产的成型周期短，模具费用低2012-4-24同济大学复合材料与结构所6复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况1.41.4复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况††应用总量持续增长应用总量持续增长††应用总量持续增长应用总量持续增长„„总用量：总用量：††汽车用复合材料占复合材料总产量的汽车用复合材料占复合材料总产量的20%20%††汽车用复合材料占复合材料总产量的汽车用复合材料占复合材料总产量的20%20%„„单车复合材料用量：平均达单车复合材料用量：平均达6%6%车重；车重；豪华车：豪华车：††豪华车：豪华车：15%15%††高端车：高端车：9%9%中档车：中档车：††中档车：中档车：6%6%††入门车型：入门车型：4%4%„„与航空航天领域的应用相比，有大的发展空间与航空航天领域的应用相比，有大的发展空间††A380:A380:整机结构重量的整机结构重量的25%25%††Boeing787:Boeing787:整机结构重量的整机结构重量的50%50%2012-4-24同济大学复合材料与结构所7复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况1.41.4复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况††应用部件种类齐全应用部件种类齐全††应用部件种类齐全应用部件种类齐全„„车身结构车身结构内、外饰内、外饰„„内、外饰内、外饰„„结构功能件结构功能件2012-4-24同济大学复合材料与结构所8复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况1.41.4复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况††应用特点应用特点††应用特点应用特点„„材料种类全材料种类全GFRPGFRP††GFRPGFRP††CFRPCFRP††AFRPAFRP††AFRPAFRP††FRTPFRTP††WPC(woodWPC(woodplasticcomposite)plasticcomposite)2003DODGEVIPER2012-4-24同济大学复合材料与结构所9复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况1.41.4复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况††应用特点应用特点††应用特点应用特点„„结构形式结构形式††从非承力次承力结构向主承力结构和全复合材料结构方向从非承力次承力结构向主承力结构和全复合材料结构方向††从非承力、次承力结构向主承力结构和全复合材料结构方向从非承力、次承力结构向主承力结构和全复合材料结构方向发展发展††层合板、加筋板、夹层结构层合板、加筋板、夹层结构„„成型工艺成型工艺††手糊、真空袋压手糊、真空袋压模压模压††模压：模压：SMCSMC，，BMCBMC，，GMTGMTLFTLFT--D(LongFiberThermoplasticsD(LongFiberThermoplastics--Direct)Direct)††RTMRTM：：VARIVARI††RTMRTM：：VARIVARI††创新工艺创新工艺:E:E--LFTLFT2012-4-24同济大学复合材料与结构所101414复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况1.41.4复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况††市场需求强劲增长市场需求强劲增长††市场需求强劲增长市场需求强劲增长„„高端市场（高端市场（CFRPCFRP））††Daimler:Daimler:白车身减重白车身减重10%10%目标目标††Daimler:Daimler:白车身减重白车身减重10%10%目标目标††Audi:Audi:„„AudiR8&AudiRS3AudiR8&AudiRS3„„AudiR8&AudiRS3AudiR8&AudiRS3††Mercedes:SLRMercedes:SLR2012-4-24同济大学复合材料与结构所111414复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况††市场需求强劲增长市场需求强劲增长1.41.4复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况††市场需求强劲增长市场需求强劲增长„„中档市场中档市场††奇瑞奇瑞A3CCA3CC††奇瑞奇瑞A3CCA3CCSABICInnovativePlastics长玻纤增强聚丙烯2012-4-24同济大学复合材料与结构所121414复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况††市场需求强劲增长市场需求强劲增长1.41.4复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用概况††市场需求强劲增长市场需求强劲增长„„新能源汽车：汽车的未来新能源汽车：汽车的未来2012-4-24同济大学复合材料与结构所131414复合材料汽车部件的应用概况复合材料汽车部件的应用概况1.41.4复合材料汽车部件的应用概况复合材料汽车部件的应用概况††OEMOEM汽车生产商参与原材料供应汽车生产商参与原材料供应††OEM:OEM:汽车生产商参与原材料供应汽车生产商参与原材料供应„„0909年底年底BMW/SGLCarbonGroupBMW/SGLCarbonGroup成立合资企业成立合资企业生产用于新概念汽车的碳纤维织物、预浸料生产用于新概念汽车的碳纤维织物、预浸料††生产用于新概念汽车的碳纤维织物、预浸料生产用于新概念汽车的碳纤维织物、预浸料„„VW/SGLCarbon:VW/SGLCarbon:PSAPSA标致：标致：BMW/SGLCbBMW/SGLCb供应商供应商„„PSAPSA标致：标致：BMW/SGLCarbonBMW/SGLCarbon供应商供应商„„DaimlerDaimler––TorayTorayTtTtThThTT东邦东邦„„ToyotaToyota––TohoTohoTenaxTenax东邦东邦„„AudiAudi与与VoithVoith合作合作::复合材料量产技术复合材料量产技术EikEikCAMIMSACAMIMSA：碳：碳//芳纶芳纶//金属混杂结构金属混杂结构„„EvonikEvonik––CAMIMSACAMIMSA：碳：碳//芳纶芳纶//金属混杂结构金属混杂结构2012-4-24同济大学复合材料与结构所14纤维增强复合材料在车身上的应用纤维增强复合材料在车身上的应用22纤维增强复合材料在车身上的应用纤维增强复合材料在车身上的应用2121复合材料部件类型与减重效果复合材料部件类型与减重效果††2.12.1复合材料部件类型与减重效果复合材料部件类型与减重效果††2.22.2典型车身应用实例典型车身应用实例典型车身应用实例典型车身应用实例2012-4-24同济大学复合材料与结构所152.12.1复合材料部件类型与减重效果复合材料部件类型与减重效果部件名称占车身总重量的百分比可能的减重效果部件名称占车身总重量的百分比可能的减重效果内饰5%0%功能件50%（其中发动机占2530%）5%功能件50%（其中发动机占25-30%）5%车身外覆盖件10%30%次承力结构件1015%30%次承力结构件10-15%30%底盘25%50%„„Source:JECSource:JEC2012-4-24同济大学复合材料与结构所162222典型车身结构应用实例典型车身结构应用实例2.22.2典型车身结构应用实例典型车身结构应用实例††221BMW221BMWii系系CFRPCFRP驾驶舱驾驶舱††2.2.1BMW2.2.1BMWii系系CFRPCFRP驾驶舱驾驶舱„„在电动车量产车型上的首个突破在电动车量产车型上的首个突破突破性构造理念：突破性构造理念：框架框架„„突破性构造理念：突破性构造理念：LifeDriveLifeDrive框架框架††BMWi3(MCV)BMWi3(MCV)††BMWi8BMWi82012-4-24同济大学复合材料与结构所172222典型车身应用实例典型车身应用实例2.22.2典型车身应用实例典型车身应用实例††222BMWMCV222BMWMCV的的CFRPCFRP引擎罩引擎罩††2.2.2BMWMCV2.2.2BMWMCV的的CFRPCFRP引擎罩引擎罩„„CFRPCFRP夹层结构夹层结构2012-4-24同济大学复合材料与结构所182222典型车身应用实例典型车身应用实例2.22.2典型车身应用实例典型车身应用实例††223223底盘底盘††2.2.32.2.3底盘底盘„„豪华跑车豪华跑车MlMlMT900MT900车身与底盘车身与底盘††MoslerMoslerMT900MT900车身与底盘车身与底盘„„CFRPCFRP底盘底盘„„模压模压++热压罐成型的热压罐成型的AFRPAFRP车体车体„„模压模压++热压罐成型的热压罐成型的AFRPAFRP车体车体2012-4-2