碳纖維復合材料鋪層設計在汽車電池箱體中的應用

核心提示：新能源汽車采用碳纖維復合材料替代鋁合金等金屬材料制作電池箱體，主要的目的就是在提升性能的前提下實現更輕的自重：新能源汽新能源汽車采用碳纖維復合材料替代鋁合金等金屬材料制作電池箱體，主要的目的就是在提升性能的前提下實現更輕的自重：新能源汽車電池箱體不僅要具備足夠的承載能力，在車載情況下盡可能地減振、耐腐蝕、保證使用壽命等，還要盡可能地輕，以便減輕車體自重，減少能耗，延長行駛時間。   要滿足這些需求，一方面要依賴于碳纖維復合材料材質本身的優勢，另一方面要依賴于合理的工藝方案，碳纖維和基體樹脂材料在性質上差異很大，在單層復合材料層中沿纖維方向的性能和垂直纖維方向的性能變化也很大，這就會形成正交各向異性性能。其力學參數受多種因素影響，這包括碳纖維復合材料的鋪層設計與制作。

新能源汽車電池箱體   碳纖維復合材料的鋪層設計在原理上與層合板設計類似，內容包括：各纖維層的鋪設角度、鋪設層數以及鋪層順序。合理的鋪層設計有助于發揮出碳纖維復合材料的性能優勢，保障產品的輕量化應用效果。例如，新能源汽車在行駛過程中，電池箱會受到橫、縱、垂向三個方向的振動，采用不同的鋪層方案可以改變電池箱體的固有頻率，選擇合適的鋪層方案還能有效避免共振現象的發生。   在為新能源汽車制作碳纖維復合材料電池箱體時，無錫智上新材會通過不同鋪層方向、不同鋪層比例及不同鋪層厚度的比較來確定針對某一種具體產品的鋪層方案。在此過程中，也會從以下方面考慮對鋪層方案進行個性優化。

新能源汽車電池箱體  纖維路徑與主應力的對應：  當采用碳纖維預浸料進行鋪放時，需要對預浸料進行剪裁然后再鋪疊，在操作過程中，即便不能完全按照理想的碳纖維路徑進行鋪放，也要按照理想路線進行處理。一般來說，45°的理想纖維路徑是45°應力方向，90°的理想纖維路徑是90°應力方向。也就是說，某一層某一根的纖維路徑都應與這一層的主應力一致。

新能源汽車碳纖維電池箱體  根據特定需求調整鋪層方案：  在不同的方案對比中，無錫智上新材發現碳纖維復合材料的鋪層方式和鋪層角度的選取對結構性能具有一定的影響。0°、±45°、90°是較為常見的鋪層角度，其中±45°鋪層在整體比例中的增加，會使電池箱體的模態和穩定性得到了一定的增強；鋪層順序對電池箱體模態量的影響雖然有限，但對其應力值有明顯的影響，尤其是當 0°纖維在外側時比±45°纖維在外側時影響更加明顯；盡量采用對稱鋪層有利于提高電池箱體的固有頻率，電池箱體外層碳纖維鋪層方式對箱體的應力值影響較大，隨著鋪層厚度的增加，電池箱體的穩定性能將得到不斷提升。  

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