最新精选碳纤维复合材料在电动汽车车身中的应用分析.docx
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最新精选碳纤维复合材料在电动汽车车身中的应用分析
碳纤维复合材料在电动汽车车身中的应用分析
摘要：
电动汽车是当前及未来汽车的进展方向，而电池技术是目前及此后很长时刻内电动汽车快速进展的最大障碍。
碳纤维复合材料在汽车应用方面具有优越的性能，利用碳纤维复合材料轻量化车身，平衡电池包、电机的重量，是未来的必然选择，在引入方面也做了分析。
关键词：
碳纤维复合材料电动汽车车身轻量化续驶里程
一、前言
（一）应用背景和国家政策
当前国际能源安全与节能环保催生了混合动力汽车和电动汽车，随之而来的新一轮产业结构调整摆上了各大汽车厂商的日程。
进展电动汽车是提高汽车产业竞争力、保障能源安全和进展低碳经济的重要途径。
未来五年将是电动汽车研发与产业化的战略机缘期。
“十二五”期间，国家科技计划将加大力度，持续支持电动汽车科技创新，把科技创新引领与战略性新兴产业培育相结合，组织实施电动汽车科技进展专项计划。
受到节能减排的迫切要求，欧日各大车厂均开始了新一轮应用碳纤维等高强度复合材料的尽力，进展节能型汽车在当前已经成为一个课题。
我国电动汽车已经有了必然的进展，鉴于当前电池的比能量、比功率还比较低，电池进展瓶颈的克服还需要很长一段路要走。
考虑到电动汽车电池的能量要求，其续驶里程短的问题更被关注，而汽车的整车重量又是影响续驶里程的一主要因素，因此除加速电池、电机技术的研发，电动汽车车身轻量化方面的研究工作也应重视，不仅是传统汽车的重点研究方向，电动汽车尤其如此，这是政策和技术上容易被轻忽的。
经研究发觉碳纤维复合材料有超级可观的前景，现就碳纤维复合材料是不是利用于电动汽车车身中加以分析。
（二）轻量化方向
电动汽车轻量化能够从电池技术、电机技术、车用材料和汽车结构四个方面入手。
在当前电池和电机的技术水平下，最大程度的轻量化要求咱们在车身结构，材料的选择与替代两个方面进行合理优化，以此平衡电池包和电机的重量。
一、结构轻量化。
车身结构优化在知足诸如车身刚度、模态、碰撞安全、疲劳寿命和NVH等特性的同时，也必需考虑车身结构的可制造性和生产本钱。
在结构优化方面，我国已经迈出了重要一步，目前车身有的结构设计已经相当做熟，优化空间正在减小。
二、材料轻量化。
目前仍以高强度钢、镁、铝和塑料作为主要汽车材料组合。
在轻量化趋势下，咱们应当深化多材料组合的应用，在优化组合的同时引入新材料，其效益不仅是轻量化结果本身，二者的结合对整车开发技术来讲也是一种进步。
结构优化进展较早的原因之一是未找到适合的轻量化材料替代汽车用钢。
铝出现后，便以优良的性能开始应用于车身，同时玻璃纤维伴随其他复合材料也开始出现。
现在，碳纤维凭借其优越性几乎能够完全替代钢材料。
当前已经有凭借碳纤维材料的优良特性成功降低车重和碳排放的实例，尤其是在一些新款电动车中，人们能够找到碳纤维材料的身影。
事实上，碳纤维材料在国内汽车上的应用目前仅限于某些改装车的部件。
（三）应用现状
我国在乘用汽车碳纤维车身方面尚未应用性的进展，但是在重卡中已经有了冲破性应用。
2012年11月6日，由包头德翼车辆有限责任公司、北京蓝星和中材科技三方合作的我国首辆配装全碳纤维复合材料箱体的米自卸车在包头问世，原金属车箱重68吨，而碳纤维复合材料车箱重48吨，减重29%，目前结构设计相对保守，再减重潜力专门大。
值得一提的是，用户可在短时刻1-2年内收回因复合材料的应用增加的本钱，而且利用寿命是金属车箱的4-5倍。
国外电动汽车的碳纤维车身技术已经从实验室走向生产。
雷克萨斯LFA研发团队深切研发CFRP的生产技术，由65%的碳纤维增强塑料和35%的铝合金材料组成的LFA车身，比一样的铝制车身轻100多kg，结构更牢固。
宝马于2011年推出的Hommage全新概念车采用轻量化CFRP,整车质量只有780kg。
未来宝马将要推出的电动汽车将更多地采用碳纤维，新电动车底盘也将在专门大程度上采用碳纤维增强热固性塑料。
梅赛德斯奔驰SLR超级跑车，车身几乎全数采用碳纤维复合材料，由于强化了碳纤维的应用，在碰撞中具有高效的能量吸收率。
更值得一提的是该车在搭载240kg电池包的情形下整车车重不超过850kg。
这一应用在降低整车质量的同时兼顾了汽车性能与安全，可见碳纤维复合材料对于平衡电动汽车电池包重量的显著效果。
二、碳纤维复合材料
碳纤维是一种含碳量在92%以上的新型高性能纤维材料,具有重量轻、高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐侵蚀、抗疲劳、导电、导热和远红外辐射等多种优良性能,不仅是21世纪新材料领域的高科技产品,更是国家重要的战略性基础材料,政治、经济和军事意义十分重大。
虽然碳纤维可单独利用发挥某些功能,但是,它属于脆性材料,只有将它与基体材料牢固地结合在一路时,才能利用其优良的力学性能,使之更好地承载负荷。
因此,碳纤维主要仍是在复合材料中作增强材料。
按照利用目的不同可选用各类基体材料和复合方式来达到所要求的复合效果。
碳纤维可用来增强树脂、碳、金属及各类无机陶瓷,而目前利用得最多、最普遍的是树脂基复合材料。
用碳纤维与树脂、金属、陶瓷、玻璃等基体制成的复合材料,普遍应用于航空航天领域、体育休闲领域和汽车制造、新型建材、信息产业等工业领域。
碳纤维增强复合材料是以各类树脂、碳、金属、陶瓷为基体材料的塑料，其按照基体材料可分为树脂基复合材料（CFRP）、陶瓷基复合材料（CMC）和金属基复合材料（MMC）。
碳纤维增强环氧树脂基复合材料的强度、刚度、耐热性能是其它材料无法比拟的，其比强度、比模量均高于其他材料，拉伸强度比铝、钢都大，弯曲、紧缩、剪切等机械性能优良。
以树脂和金属为基体的复合材料在车身上的应用较为成熟。
（一）碳纤维复合材料特性
碳纤维增强复合材料具有应用于车身制造的诸多优势。
为了确保足够的安全性能，在主承载车身结构件上汽车厂商通常要选择强度，刚性及耐冲击性能均很高的材料用于制作主承力结构件，这时环氧树脂碳纤维增强复合材料就成为理想的材料选择。
环氧树脂碳纤维增强复合材料具有可设计性、质轻高强、与同体积的铝合金构件相较减重可达50%，耐冲击，耐侵蚀抗疲劳,材料寿命长，此类材料制作的主承载车身结构件，不仅大大提高了汽车的安全性，而且降低了车重减少了燃油消耗，提高了经济性，另外还改善了美观性。
一、碳纤维复合材料具有极高的比模量和比强度，是目前常常利用材料中最高的。
密度小、质量轻,碳纤维的密度为
相当于钢密度的1/4、铝合金密度1/2，用其制成与高强度钢具有同样强度和刚度的构件时，其重量可减轻70%左右。
表一、碳纤维—环氧增强塑料与几种材料特性的比较
材料种类
纤维含量体积比/%
密度/（g·cm-3）
拉伸强度/Mpa
弹性模量/Mpa
比强度/m
比模量/km
钢
—
1000
214000
高级合金钢
—
1280
210000
铝
—
400
70000
2A12铝合金
—
420
71000
玻璃增强塑料
60单向
1100
40000
碳纤维环氧塑料
高强度型
60单向
1400
130000
高模量型
60单向
1100
190000
碳纤维复合材料具有比玻璃纤维更低的密度和更高的强度，因此比强度很高。
另外，由于其密度方面的压倒性优势，替代钢材后，车体质量将是钢材的25%左右，却10倍于钢强度。
二、纤维复合材料的抗疲劳性能极佳。
由于在疲劳载荷作用下的断裂是材料内部裂纹扩展的结果，碳纤维增强复合材料中碳纤维与基体间的界面能有效阻止疲劳裂纹扩展，具有较高的断裂韧性和假塑性，而外加载荷有增强纤维承担因此疲劳强度极限比金属材料和其他非金属材料高很多。
如下是三种材料疲劳强度的比较。
103104105106107
150
100
50
玻璃钢
应力/（kgf/mm2）
碳纤维复合材料
铝合金
循环次数/r
图一、三种材料疲劳强度
3、碳纤维复合材料是汽车金属材料最理想的替代材料，在碰撞中对能量的吸收率是铝和钢的4～5倍，减轻车身质量的同时，还能保证不损失强度或刚度，维持防撞性能。
下面是碳纤维复合材料和其他材料的对比结果。
图2,、能量碰撞吸收对比
4、碳纤维复合材料的工艺性和可设计性好，调整CFRP材料的形状、排布、含量，可知足构件的强度、刚度等性能要求，能用模具制造的构件可一次成型，减少紧固件和接头数量，能够大大提高材料利用率。
（二）碳纤维车身对纯电动汽车续驶里程的影响
纯电动汽车在蓄电池充沛电的状态下按必然的行驶工况，能持续行驶的最大里程（km）称为续驶里程。
等速法测试续驶里程是在道路上让车辆以固定的速度等速行驶，当蓄电池达到必然放电深度时，车辆驶过的距离（km）即为测量的续驶里程。
等速工况续驶里程的计算：
假定纯电动汽车在续驶里程测试进程中以速度
（km/h）等速行驶，当蓄电池总能量为
（单位为kW
h）时，纯电动汽车在匀速行驶时的续驶里程s（单位为km）为：
（2-1）
式中
—整车重力（N）;
—轮胎转动阻力系数；
—空气阻力系数；
—迎风面积（
）；
—传动系统机械效率；
—电动机及控制器效率；
—蓄电池的平均放电效率；
—蓄电池的放电深度，在实际利用中，为了保护电池避免其完全放电受损，保证电池的寿命，一般要求
%。
由式2-1表明被选用碳纤维复合材料时G较小，续驶里程s就较大；当车身变轻后，蓄电池的安装空间也会相对变的加倍宽裕。
动力电池的容量主如果由纯电动汽车的续驶里程感觉的，故动力电池容量为
（2-2）
式中
—动力电池组的容量（A
h）；
—单位行驶里程消耗的能量（
）；
—动力电池的工作电压（
）。
将2-1带入取得
（2-3），由此说明当车身减轻时选择的蓄电池容量也能够相应增大。
可是电池数量、车重与安装空间三者之间必然会有一个平衡点。
通过公式能够说明利用碳纤维复合材料减轻车身重量，对于电动汽车续驶里程的增加在理论上是可行的，具有实际的应用价值。
（三）碳纤维复合材料研究现状
碳纤维生产工艺复杂，目前只集中于美国、日本等发达国家生产。
其中，日本碳纤维产能占世界总产能的75%，在小丝束碳纤维生产方面占绝对优势；美国产能占14%，在大丝束碳纤维生产方面有较强的科研基础。
目前世界上具有规模化生产碳纤维能力的厂家主要有日本的三菱丽阳公司、东邦公司和美国的氰特工业公司（Cytec）、赫氏公司（Hexcel）。
2012年12月，宝马与波音公司展开合作，一路研发碳纤维材料技术。
目前，公共也在争取碳纤维技术伙伴，公共旗下的兰博基尼品牌已经与波音达到碳纤维方面的合作。
碳纤维复合材料已经成为汽车和航空制造商之间争夺的新阵地。
我国的碳纤维产能较低，产品以小丝束等低档产品为主，T300碳纤维实现了国产化。
相较于国际水平，国产碳纤维由于原丝质量等因素制约，产品强度低、均匀性和稳固性较差。
另外，我国碳纤维生产企业规模性、缺乏核心竞争力、新技术被国际专利覆盖问题严峻。
目前，我国的高性能PAN-CF将实现国产化，中科院山西煤炭研究所、中复神鹰碳纤维工程技术中心的碳纤维也逐渐从研发走向生产。
三、应用现状及效果
碳纤维复合材料具有质轻高强、高模量、减摩耐磨、热导率大、自润滑、耐腐、抗冲击性好、疲劳强度大等优越性。
目前我国的电动汽车进展还未与汽车材料的减重结合起来，也只有个别高校研制过CFRP的电动车样车。
对于汽车生产商来讲，碳纤维复合材料车身还具有集成化、模块化、总装本钱低、投资小等长处，避免了传统车身的喷涂进程和相应的环保处置本钱。
由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，其适于制造汽车车身、底盘等主要结构件的材料。
目前，在赛车和高级跑车之外，碳纤维增强复合材料能够专门大程度地应用于传统汽车中替代传统零部件材料，如发动机系统、传动系统、底盘系统。
最重要的是车身，目前车体重量的3/4是钢材，轻量化空间专门大，碳纤维复合材料是车身材料的最好选择。
这种材料的替换应用一样适用于电动汽车车身，它的应用将可大幅度降低汽车自重达40
60％,对汽车轻量化具有十分重要的意义,已成为汽车轻量化材料的重要选择。
下面是碳纤维复合材料应用于车身的效果对比。
图3、通过自家乘用车（内燃机）的CFRP实现阶段轻量化实例
碳纤维增强复合材料可极大减轻车身重量、节省燃料和合金。
在航空领域，1kgCFRP可代替3kg铝合金。
同时，依托其强度、刚度和能量吸收率优势，能够极大地降低轻量化带来的汽车安全系数降低的风险。
四、大规模应用的阻碍因素
在技术和价钱方面，以上世纪90年代的镁合金为例，由于其价钱和技术瓶颈因素那时还作为一种潜在的汽车用材料，而此刻，大规模开发和应用的时期已经到来。
但是当镁合金供大于求而廉价出口的时候，我国汽车行业却没有做好预备，用量极少，远远掉队于国外汽车用料水平。
二者的不对称同时制约着两个行业的进展，而在国际应使劲水平相当的情形下，这一现象对我国汽车的进展制约专门大。
现在碳纤维复合材料也面临如此一个处境，当咱们真正开始涉足这一新材料应用于车身领域时，二者的彼此推动作用是显然的。
碳纤维复合材料与汽车产业结合真正面临的挑战不是知足技术层面的需求，而是在何时、该如何涉足这一领域。
对此，咱们要了解如此一个事实：
碳纤维复合材料早已呈现出供不该求之势，其绝对优越性迫使生产厂家不能不从久远角度考虑它。
英国克兰菲尔德大学的研究小组已经找到了大量生产碳纤维车身的方式，生产碳纤维汽车的本钱最终可能比此刻的金属外壳汽车还低，因为制造商再也不需要投资昂贵的压制工具。
咱们必需加速进军这一领域，着手研发应用，为技术的成熟及市场的开放做好预备。
碳纤维复合材料与汽车完美结合却未欣欣向荣的原因，除其本身的技术因素外，还有其他因素：
一、性价比也就是本钱是生产商必需考虑的。
轻量化的本钱在必然程度上会成为后期节能的前期投入，反映在价钱上就是整车的价位比较高。
二、汽车进展和产品环境。
金属材料所占的市场及成熟的行业体系是碳纤维复合材料进展的主要障碍。
碳纤维复合材料的技术及产品进展周期很宝贵到汽车投资者的的青睐，何况针对汽车与碳纤维复合材料的规模性生产结合需要必然的前期投资。
3、供给商的结构和能力。
碳纤维复合材料供给商四分五裂，在资源和生产能力上有限，不具设计、生产、实现汽车各类性能要求的系统研发能力。
4、风险。
开辟市场要能够充分应对来自金属材料安全性升级的压力，这需要必然的技术冲破，不然轻量化也就失去了它的意义，这是工程师们必需考虑的。
显然，最近几年来借助软件研发工具进行结构分析、快速成型工艺研究，在必然程度上扫清了碳纤维复合材料与汽车结合的障碍，而最主要的障碍在于工程师。
来自汽车设计和制造行业的制造工程师在全新的材料领域套用金属材料的设计依据、公式和安全系数往往碰到困惑；而碳纤维复合材料行业的工程师无法做到在零件设计方面的灵活运用来替代金属材料。
五、引入方式
如何将碳纤维复合材料引入汽车系列产品尤其是电动汽车系列产品是咱们必需考虑的关键步骤，要明白，现今的汽车是各类功能型材料的完美组合体。
碳纤维复合材料应用于车身的长处显而易见，但是目前本钱居高不下；玻璃纤维价钱低，技术较为成熟，在性能方面具有较好的断裂应力应变能力，但缺乏刚性。
能够考虑将两种材料按适当比例混合成复合材料，综合两种纤维增强复合材料的性能，从而减少碳纤维的用量，降低本钱。
虽然全碳纤维方案在当前技术水平下应用于普通汽车存在多重阻力，而且把如此全新的技术引进到白车身技术，并进行规模化生产也有庞大风险，可是那个风险会随着碳纤维复合材料工艺及应用的日趋成熟而降低。
碳纤维复合材料在汽车行业的引进结果是一个企业的决策者从少量小型、非关键部件的第一次低调引进，应用于汽车系列产品，并使其进展的多个载体不断改良、成熟的最终结果。
第一次与当前材料竞争要以研发应用与汽车的小规模性结合的模式，使设计者、产品工程师和本钱核算部门之间联系更紧密，同时也形成了制造商与供给商的长期合作。
需求形成产业，使供给商逐渐融入那个增值链，整个技术研发、产品转化、产业链将会由小规模进入汽车行业的大规模应用中。
六结论
21世纪是复合材料的时期，选择性能优越的复合材料以知足时期需如果当务之急。
而在低碳节能的今天，碳纤维复合材料几乎是目前可用的最能让汽车减重的完美材料，能够极大地解决电动汽车由于电池和动力技术在节能道路上步履维艰的现状，加速电动汽车低碳的步伐。
与此同时，利用碳纤维复合材料替代传统的车身材料能专门好的减轻车身重量，对汽车轻量化这一课题有着超级重要的实际意义，尤其是在电动汽车上弥补了电池的比能量质的不足，在减轻车身自重的同时增大电池的安装空间，增大了电动汽车的续驶里程，这对目前电动汽车的推行有着超级重要的意义。
随着人们环保意识的提高及环保法律的完善，电动汽车在汽车领域所占的比重将逐渐增加，因此，电动汽车所面临的一些窘境都将逐渐被克服以知足当前社会的需要，而电动汽车加倍节能化的时期必然会以碳纤维复合材料的逐渐应用拉开序幕，碳纤维复合材料作为未来汽车材料进展的主流，必然会在此后的研发中占据不可替代的位置。
碳纤维复合材料性能、寿命、回收都会随着应用而展开研究。
咱们应该坚信碳纤维复合材料在电动汽车领域的应用是前景光明的！
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附加总结类文档一篇，不需要的朋友能够下载后编辑删除，谢谢（中学生感恩节主题教育活动总结5篇）中学感恩节活动总结范文1一、活动目的现在虽然很多人注意到生活礼仪，谢谢常挂在嘴边，可是大家或许是因为羞于表达或许出于缺少机缘而省略了对于身旁亲人、朋友和老师的感激。
随着这次感恩节的到来，咱们中文系学生会外联部为提高我校学生的感恩意识，唤起大家感恩的心，特举行这次感恩节免费发放明信片的活动。
二、活动之前的预备
一、按照活动的要求，咱们做出了这次活动的策划书;
二、在感恩节前一周，咱们外联部到校外寻觅成心向的厂商，拉得赞助;
3、在感恩节头几天，咱们外联部与邮局协商并买到明信片，然后在饰品店买到红丝带等部份活动用品，并制作感恩信箱;
4、在感恩节前一天晚上，在中文楼贴了海报。
三、活动大体情形
咱们外联部与青协一路举行这次活动，咱们分为三组，别离在二餐，三餐，四餐设点，咱们这组在二餐，咱们在11点二十完成了所有预备活动，包括桌子，所有物品的摆放及气球的充气。
活动开始后，青协的同窗负责给途经的同窗讲解咱们这次的活动，参与活动的同窗自由选择通过明信片来实现感恩之情的转达，并当场填写完，投入咱们自制的“感恩信箱”里，1点20活动结束。
24号我部将明信片寄出。
五、活动的效果
这次活动同窗们都踊跃参加，寄出了他们对自己的亲人，朋友的牵挂，并对咱们这次活动一致好评，活动圆满结束
四、存在问题及建议
（一）问题
一、活动的前期预备不够齐全，考虑到的问题欠缺（活动快结束时，电脑没电了;活动所需的红丝带不够）
二、活动进行时，对明信片的填写的讲解不够清楚，造成明信片的填写进程中出现了一些问题。
（二）建议
一、完良策划书的细节，增强活动的逻辑连接;
二、在活动进行时，各组人员应团结，保证活动的顺利进行;
3、活动进行时及之前的预备，分工应明确，做事用踊跃。
中学感恩节活动总结范文2
感恩是一种文明，感恩是一种道德。
拥有一颗感恩之心，才知道去孝顺父母;拥有一颗感恩之心，才知道去尊重师长;拥有一颗感恩之心，才知道去关心、帮忙他人;拥有一颗感恩之心，就可以学会宽容，博得友谊;拥有一颗感恩之心，就会拥有快乐，拥有幸福。
通过感恩教育，让学生学会“图报”，明白如何去报答父母、老师、朋友、学校和社会。
按照感恩节活动计划，开展了一系列感恩教育活动，注重将感恩教育落实到实际行动上。
一、踊跃宣传感恩月活动。
少先队大部出了一期《知恩、感恩》的黑板报，每班级在黑板的左侧开辟温馨提示栏，告知同窗们11月份是学校的感恩教育月，提示同窗们用自己的实际行动做到感恩父母，感恩师长，感恩社会。
二、感恩社会。
学校组织学生为双中过世的学生颜鹏飞的家长爱心捐钱，爱心捐钱共计1611元。
本次献爱心活动，全部同窗都踊跃响应学校少先队的号召，纷纷伸出援助之手，在这次活动中，涌现了许多“爱心小天使”，孩子们把自己的零花钱，自觉志愿地捐了出来，献出了自己的一片爱心，专门是五
（1）的学生，捐钱钱数再多，其中彭柳青同窗就捐钱100元整，吴杏林同窗捐钱20元。
三、11月24日各班开展了以“感恩”为主题的班会，通过感恩教育使学生“知恩”。
在那个社会里，谁都没有只索取而不付出的权利，人人不时刻刻都在享受着父母、老师、朋友、他人、学校和社会的恩惠，人人都需要拥有一颗感恩的心来对待这一切。
四、感恩父母。
让同窗们明白咱们在妈妈的肚子里怀胎十月，来到那个世界很不容易，父母为咱们的健康成长付出了很多心血。
在感恩节期间，各班开展了给妈妈、奶奶倒一杯水，拿一双拖鞋，捶捶背、揉揉肩，洗一次脚，做一件家务事的活动，要求三、四年级的同窗每人写一篇感恩日记，要求五年级同窗每人写一篇感恩父母的信，在父母生日的那一天祝愿他们生日快乐，身体健康。
五、感恩师长。
感恩节当天的辅导员发言中，我在广播里建议孩子们全部对老师深深的敬一个礼，并对老师说了一声“老师，您辛苦了，老师，咱们感激您!
”以此来教育孩子们尊重老师是最重要的，是尊重老师的劳动，教学是一种艰苦细致的脑力劳动，老师为此付出了大量的时刻和精力。
老师要精心设计每一个教学方案，认真上好每一节课，仔细批改每一份作业，老师的工作是辛苦而繁重的。
11月感恩月马上就要过去了，但咱们感恩教育的活动不会结束，咱们还会通过身旁的一件件小事，抓住有利机会对学生进行感恩教育，树立身旁的好表率，让同窗们从小拥有一颗感恩的心，未来拥有幸福快乐的人生。
中学感恩节活动总结范文3
通过系列活动的开展，学生进一步知道了“感恩”不仅是一种情感，更是一种人生境界的表现。
一个人对社会、对父母、对亲友老友，要永存感恩之情，永怀感恩之心，才能从方方面面取得更大的情感回报。
在“学雷锋”、“妇女节问候”这些丰硕多彩的团队活动中，学生不仅学会了感恩的实际行动，更体会到感恩他人的快乐，从而能更乐于奉献，乐于感恩。
在周末我当家开展的“为父母做一件力所能及的事”等环节，通过学生用实际行动、或给父母写一封传递爱意的信件、或给父母亲手制作的小礼物等活动。
家长们体会到了孩子
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