摘 要

纤维增强复合材料具有比强度和比刚度高、密度小、耐高温、耐腐蚀等优秀的性能。将复合材料应用于汽车零部件中，在满足力学性能要求的前提下，相对于金属材料能够有效地降低零件重量，以实现汽车轻量化的目的。将汽车覆盖件之一的发动机下护板由钢铁材料替换为纤维增强复合材料，并对其力学性能和成型工艺进行分析，是本此研究的主要内容。

在本论文中，出于对汽车轻量化的研究目的对汽车覆盖件之一的发动机下护板进行玻纤增强复合材料的结构优化设计，主要目的是以复合材料来代替金属材料构成下护板以达到重量的降低。其中对于相同结构的钢铁材料和复合材料下护板进行了线性静力、固有模态以及碰撞分析，通过对比分析出玻纤增强复合材料存在的优缺点。之后通过对复合材料的下护板进行了结构优化来提高其刚度和强度，改善复合材料的缺点。

在最后，将优化后的下护板模型进行了成型工艺的仿真。通过对符合材料制造工艺的各种成型方法进行比较，选择注塑成型工艺来制造发动机下护板。本文先对采用的工艺仿真软件moldflow进行了介绍，进行了对于成型仿真的工艺设置进行了讲解。然后对分析的结果进行填充时间、熔体温度、型腔压力和锁模力等数据的分析。并对塑件的翘曲变形有所涉猎。

通过对下护板的模型结构优化和成型工艺仿真，期望得到符合下护板的性能要求并具有经济性和轻量化特点的汽车覆盖件。

本文从结构优化和成型工艺两个方面对玻纤增强复合材料汽车发动机下护板进行分析，指出其优势和不足，同时讨论了塑件的制备以及充模工艺参数，对其他的汽车覆盖件结构设计和工艺参数的选择有一定的参考意义。

关键词：汽车轻量化 纤维增强复合材料 发动机下护板 hypermesh moldflow

Abstract

Fiber-reinforced composite materials has the characteristics of high specific strength and specific stiffness, light weight, high temperature resistance and corrosion resistance. The composite material used in automobile cover, under the premise of the mechanical performance requirements, more than the metal material to reduce weight. So it achieves the goal of the lightweight of automobile. The car of one of the engine under the shield cover made of steel material replacement for the fiber-reinforced composite material, and to analyze the mechanical properties and molding process, this is the main content of this study.

In this paper, for the purpose of the lightweight vehicles study, Be glass fiber reinforced composite structures to optimize the design of the engine under the shield. The main purpose is to composite materials instead of metal material under the shield in order to achieve weight reduction. For steel materials and composites with the same structure of under shield we has Linear static, modal and intrinsic Crash Analysis，through comparative analysis of the advantages and disadvantages of glass fiber reinforced composite material has.

At the end, under guard optimized model simulated forming process.Based on the comparison of various composite molding processes, Injection molding process is chosen to make the under guard. The simulation software Moldflow and its usage are introduced first. After that, for the process of setting molding simulation were explained. Then the results were filling time, melt temperature, mold cavity pressure and clamping force of data for analysis. And warpage of plastic parts has been covered.

Through the skid plate model structure optimization and simulation molding process, it is desirable to obtain compliance with the performance requirements under the shield and economical and lightweight characteristics of automobile panel.

The paper analyzes the Glass fiber reinforced composites automobile engine skid plate from the aspects of construction and process. Its strengths and weaknesses are identified, which provides reference for the design and process parameters choosing of automobile covering parts.

keyword：Lightweight Automobile；Fiber-reinforced composite materials；Engine under guard；hypermesh；moldflow

目 录

第1章 绪论 1

1.1本次课题的研究背景及现状 1

1.2汽车下护板介绍 4

1.2.1下护板的作用 4

1.2.2下护板的结构模型 4

1.2.3金属下护板的缺点 5

1.3本次课题的研究现状 6

1.3.1汽车下护板的研究现状 6

1.3.2车用复合材料的研究现状 6

1.4本次课题的目的及意义 7

第2章 基于hyperworks的钢制下护板有限元分析 9

2.1hyperworks软件介绍 9

2.2建立有限元模型 9

2.2.1有限元网格的划分 9

2.2.2材料及属性卡片的建立 10

2.3钢制下护板的静力分析 11

2.3.1静力分析基本理论 11

2.3.2下护板有限元模型线性静力分析 11

2.4钢制下护板的模态分析 15

2.4.1模态分析基本理论 15

2.4.2下护板有限元模型的模态分析 16

2.5钢制下护板的碰撞分析 19

2.6本章小结 20

第3章 基于hyperworks的复合材料下护板有限元分析及结构优化 22

3.1纤维增强复合材料的优点 22

3.2建立有限元模型 23

3.2.1有限元网格的划分 23

3.2.2材料及属性卡片的建立 23

3.3复合材料下护板静力分析 23

3.4复合材料下护板模态分析 25

3.5复合材料下护板碰撞分析 27

3.6结构优化 28

3.6.1与钢铁材料的对比 28

3.6.2优化结构设计 30

3.6.3优化结果对比 31

3.7本章小结 36

第4章 基于moldflow的下护板成型工艺仿真 37

4.1moldflow软件介绍 37

4.2注射成型工艺的优点 38

4.3下护板成型工艺仿真 38

4.3.1模型的导入 38

4.3.2网格的划分 39

4.3.3浇注系统的创建 40

4.3.4冷却系统的创建 41

4.3.5分析类型的选择 42

4.3.6材料的选择及工艺设置 42

4.4仿真分析结果 43

4.4.1填冲时间与速度 43

4.4.2型腔内的温度分布 44

4.4.3型腔内的压力分布 45

4.4.4成型工艺锁模力分析 45

4.4.5塑件的翘曲分析 46

4.4本章小结 47

第5章 展望与小结 48

5.1结论 48

5.2展望 48

致 谢 49

参考文献 50

第1章 绪论

1.1本次课题的研究背景及现状

随着现代工业的飞速发展，人们的生活开始变得越来越快速，地域间的距离也变得越来越小。在人们的生活变得越来越便利的背后汽车行业占据了重要的作用，它不仅仅改善了我们的交通形式，提高了生活质量，也在飞快的改变着我们身边的世界。随着汽车工业的持续快速发展，以及人民的生活水平的不断提高，汽车保有量大幅也在增长，在近几年全球所售出的各类汽车总数现已超过10亿辆。汽车工业已经成为国民经济的重要支柱产业之一，尤其是近年来更是取得了迅猛的发展。