多材料轻型汽车内部子系统轻量化设计



多材料轻型汽车内部子系统轻量化设计

由麦格纳国际和福特汽车公司开发研制的多材料轻型汽车（MMLV），是美国能源部项目DEEE0005574的研究成果。该项目演示了载客量为5名乘员的轿车轻量化潜在性能,同时保证了车辆性能和乘员安全性。MMLV所用的商用材料和生产过程,使整车质量减轻了23.5％。

介绍了轻型车内部子系统的概念设计、原型设计和验证。提出了其内部两个子系统的研究案例:仪表板/横梁（IP/CCB）和前排座位结构。基于可减轻质量的碳纤维增强复合材料，对两个概念子系统都进行了重新设计。结合原型构建技术，对每个子系统都进行了详细的分析。

利用分析工具对所设计的仪表板/横梁（IP/CCB）和前排座位结构进行优化。为了实现质量更轻的概念设计，进行了一系列的迭代计算。优化过程分为两个阶段:非线性拓扑优化；量规优化。优化过程中，选择了以下两种不同的碳纤维材料：①设计意图，填充40％尼龙碳纤维即碳纤维增强塑料,使用注射模塑工艺进行制造；②原型意图，编织碳纤维面料和环氧复合原型，使用手糊工艺和真空装袋工艺进行制造。

经过上述优化设计，每辆车的座椅结构质量减轻了1.6kg，相比于冲压钢结构车辆质量减轻了17％；每辆车的仪表板/横梁结构质量减轻了5.2kg，比钢铁和塑料组装结构车辆质量减轻了30％。对上述两种设计概念在不同的载荷工况下进行了CAE分析,CAE分析结果和对座椅结构的物理测试结果均表明了多材料轻型汽车轻量化设计的有效性。

John Jaranson et al. SAE 2015-01-1236.

编译：于雅静