【中國汽車材料網】目前，汽車輕量化的發展要求給汽車製造商帶來了更大的壓力，特別是2015-2020年期間，汽車製造將面臨巨大的減重壓力。B柱作為重要的車身部件，需要具有較高的剛度和吸能性，以滿足側面碰撞的安全要求。因此，B柱的減重是一項具有挑戰性的工作。
近期，致力於製造碳纖維複合材料部件的Mubea Carbo Tech公司與Edag Engineering AG合作，採用鋼與纖維增強複合材料開發了一款混合材料輕量化B柱。
概念設計與CAE仿真
首先以Mubea的TRB B柱為原型，參考美國IIHS碰撞試驗要求，建立CAE仿真模型。對側碰過程中B柱的拉伸和壓縮應力分佈進行分析，結果顯示：纖維增強複合材料（以下簡稱FRP）可有效實現應力傳遞。但是在碰撞過程中B柱內部產生了教的拉應力，B柱加強件上產生了較大的壓應力，具體如圖1所示。由於FRP材料承受應用載荷的能力有限，因此，基於CAE仿真可確定FRP材料的應用區域。
隨後進行拓撲優化，分析FRP材料的纖維排列，鋪層結構，鋼板厚度設計以及與鋼製部分的結構分佈對產品性能的影響。
模擬表明，FRP材料應用於B柱上端，與鋼製結構通過粘合進行連接的方案最佳。上端採用高纖維含量的FRP材料，下端採用變厚度鋼製結構可獲得理想的減重和安全效果，具體如圖2所示。
產品試製
在經歷概念設計和仿真模擬之後，需要進行產品試製。這裡主要涉及鋼製件和FRP的生產。鋼製部分採用Mubea的TRB板，FRP部分考慮到大規模生產要求，採用自動編織FRP預製件。
其中FRP材料是通過使用泡沫芯作為支撐元件，機器人控制圍繞該支撐元件編織碳纖維，從而實現纖維以特定的角度進行層鋪。然後採用RTM工藝浸漬樹脂，固化成型。在連接之前，還需要對部件端部表面進行噴砂處理和進一步的回火處理。具體見圖3.
最後，將FRP部分於鋼製體進行粘接，在通過常規點焊連接其他鋼製部件。
性能驗證
對混合材料B柱實施落錘衝擊試驗，具體測試見圖4。為了能夠模擬B柱在整體上的實際應用情況，測試時也考慮了支點的剛度。測試結果與CAE模擬結果相近，下端TRB鋼製部分承擔了吸能的任務，變形較大。具體見圖5.
小結
作為行業領先的複合材料汽車部件供應商，Mubea Carbo Tech一直致力於汽車輕量化部件的設計與開發。該項目的研究表明，對於B柱這樣需要承受高應力的部件，也可以通過混合材料的設計實現輕量化。
從重量的角度來看，混合材料B柱突破了傳統B柱用材體系，實現了20%的減重效果。此外，如圖6和表1所示，連續自動化生產也有助於將FRP材料的應用成本保持在合理水平。未來，Mubea Carbo Tech將進一步開展該混合B柱的批量化生產與應用。
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