美研发汽车复合材料部件纤维取向/分布模拟预测软件

 

        为提升燃油效率，使用低成本的轻质材料势在必行。美国政府规定，到2025年为止，每加仑燃油的行驶里程需达到54.5英里，比现在的35.5英里增加了60%。碳纤维尽管在质量和强度两方面都超越了钢铁，但着实十分昂贵。在实现规模化的量产应用之前，满足机械性能、成本要求和安全要求的新型复合材料亟待开发，例如长碳纤维增强热塑性树脂（聚丙烯、尼龙等）。PNNL方面表示，此次开发的软件能帮助加快低成本碳纤维材料的研发速度。
 

        PNNL方面解释说，在目前的复合材料汽车部件研发过程中，汽车厂商需要首先建造模具、然后根据模具生产部件，然后对其进行测试。这个过程既漫长又繁琐，大大延缓了复合材料汽车部件的研发进度。但是，只要使用了此次PNNL领导开发的软件，汽车厂商在部件脱模成型之前，就能够直观的“看”到根据方案设计的碳纤维复合材料部件的结构特性。总而言之，该软件使汽车厂商和零部件制造商以更快的速度检测并检验汽车复合材料的设计方案。
 

        为预测部件中的纤维长度分布和纤维取向，PNNL团队利用了Autodesk公司的Moldflow软件。这款软件的模型是由伊利诺伊大学的Charles Tucker教授团队研发的。实验过程得到了丰田、PlastiComp公司和玛格纳的技术支持，实验材料由PlastiComp公司提供。部件制造和纤维的提取、测验由普渡大学和佛吉尼亚理工大学完成。
 

       PNNL团队将模拟软件的预测结果和真实测试结果进行了比对，结果证明，纤维长度分布准确率为100%，纤维取向准确率也达到了88%。

另外，作为项目的一部分，PNNL与玛格纳以及丰田合作，对长碳纤维部件、玻纤复合材料部件以及标准钢铁部件进行比对，分析其在性能和成本上的得失。结果表明，碳纤维复合材料汽车部件可以降低汽车车身20%的重量，但是生产成本确实钢铁材料的10倍有余。通过优化工艺、采用预测软件，这部分增加的成本能够得到大幅降低，这无疑为碳纤维在汽车行业的量产应用铺平了道路。