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從金屬材料到碳纖維，汽車輕量化到底是什么鬼？

如果你關注了近年的汽車發(fā)布會，就不難發(fā)現(xiàn)，哪怕車身減重只有20公斤，各個車企也會爭相發(fā)布此類數(shù)據(jù)。汽車輕量化的越來越成為汽車發(fā)展的趨勢，就像是個美女也要秀一波在健身房減脂塑性的照片。

　　實際上，汽車輕量化可以有效的實現(xiàn)節(jié)能減排的目的，數(shù)據(jù)表明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%；汽車整備質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%。

　　實現(xiàn)汽車輕量化主要從材料、結構、工藝三個方面入手，而采用新型材料是汽車輕量化最直接有效的方法。因此，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流，了解汽車輕量化材料還是很有必要的。

　　常見的輕量化材料分為金屬和非金屬兩大陣營。金屬材料主要包括高強鋼、鋁合金、鎂合金等；非金屬材料包括工程塑料和復合材料等。提高汽車輕量化程度是各大廠家一直以來的目標，所以也就有了鋁制和碳纖維的材料更多的運用到整體車身中。

　　這些新材料在實際應用時會遇到多種多樣的問題，比如替換材料后汽車的安全性、舒適性、動力性、操控性、經(jīng)濟性往往都會有所改變，需要重新審視。

　　其中安全性涉及到駕車和乘車人的生命安全，所以尤為重要，而汽車碰撞安全要求也在逐年提高，有限元仿真的方法是碰撞安全設計的重要手段，但如何才能準確的利用有限元仿真預測碰撞過程中的力學性能呢？答案是準確的材料力學性能表征。

　　鋁合金材料

　　鋁合金材料優(yōu)點很多，它的密度是鋼的1/3，比吸能是鋼的2倍，延伸性好、耐腐蝕易回收，且其鑄造性能良好，可加工成不同形狀，是目前最為熱門的輕量化材料之一。目前很多車型如奧迪A8、捷豹XFL、特斯拉等均已采用全鋁車身。

　　碳纖維材料

　　碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。

　　碳纖維是一種力學性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為 23000~43000Mpa也高于鋼。

　　但碳纖維材料也只是沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強度，其耐沖擊性卻較差，容易損傷，所以在制造成為結構組件時往往利用其耐拉質(zhì)輕的優(yōu)勢而避免去做承受側面沖擊的部分。

　　目前，民用車中使用碳纖維材料結構并不多，多是集中在一些跑車上，并且多數(shù)跑車都沿用了F1賽車傳統(tǒng)的布置方式，碳纖維單體殼作為承載結構和連接件而存在。但這終歸只是富人的玩具，具有碳纖維單體殼結構的汽車往往價格十分昂貴，比如說邁凱倫570S Coupe、法拉利-LaFerrari等都是采用這種結構。

　　很多人都對這種新材料的使用持懷疑態(tài)度，不僅是因為造價高，而且工藝難度大、維修成本高以及使用壽命不高等，說到底就是造價成本問題。

　　不同于傳統(tǒng)的編織成型工藝、拉擠工藝、纖維纏繞成型工藝等等，現(xiàn)在出現(xiàn)了很多新式的成型方法，比如說就有某些公司采用了熱塑性碳纖維工藝，可以將發(fā)動機蓋一次整體成型，并大大提高了產(chǎn)品的強度和精度，解決了汽車碳纖維制件批量化的問題，綜合成本相對會于鎂鋁合金還降低30%左右。

　　總的來說，鋁合金材料可能會首先取代傳統(tǒng)的鋼材成為汽車輕量化的主要材料，但是由于焊接等一系列技術難題需要攻克，普通車企還不能把此類材料成熟的應用到汽車生產(chǎn)中。

　　另一方面，碳纖維單體殼作為一種質(zhì)量輕、強度大、安全性高的車身結構，被廣泛應用于性能車中。雖然現(xiàn)在還無法在民用車中普及，但在解決了原材料問題之后，相信距離其技術下放的時刻已經(jīng)不遠了。

文章來源：http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=12&news_id=3340

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點擊次數(shù)：更新時間：2016-09-30 15:15:17 【打印此頁】【關閉】

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從金屬材料到碳纖維，汽車輕量化到底是什么鬼？

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