一种电动赛车承载式车身的铺层方式及制造方法与流程

本发明涉及大学生电动赛车承载式车身领域，尤其涉及一种电动赛车承载式车身的铺层方式及制造方法。
背景技术：
：如今赛车运动愈来愈成为一项重要的体育运动，赛车运动中赛车的重量成为了能否取得好成绩的关键性因素，其中赛车车身的减重成了众多车队的目标。目前赛车普遍使用钢管桁架式车架及碳纤维蒙皮车身，整备质量过大，扭转刚度、强度以和优秀的能量吸收能力无法同时满足，无法在整车安全性提高的同时达到轻量化的效果，另外目前没有相关公开的通用的测试方法来科学证明承载式车身结构安全性因此急需一种电动赛车承载式车身结构安全性的测试方法，保证赛车的安全性能。技术实现要素：本发明的目的是针对现有非承载式赛车车身整体扭转刚度过小、能量吸收效果差、质量较大缺陷提供了一种碳纤维、蜂窝铝和pvc泡沫芯材的铺层方式，降低电动赛车车身质量的同时获得较好力学性能以及安全性。本发明的另一目的在于提供一种电动赛车承载式车身结构安全性的测试方法，保证赛车的安全性能。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电动赛车承载式车身的铺层方式，其特征在于：制作该承载式车身的车身材料由两层碳纤维蒙皮和夹芯层组合而成，所述夹芯层为蜂窝铝或pvc结构泡沫，按照不同的结构和力学性能要求将承载式车身分成多块区域，承载式车身上多块区域不同一共采用六种碳纤维蒙皮铺层方式，承载式车身的不同区域与铺层方式对应关系见表1，每种铺层方式中碳纤维预浸布铺层顺序见表2：表1.承载式车身的不同区域采用的铺层方式铺层代号铺层分布铺层一前舱前隔板铺层二前舱左右面板、座舱下面板、电池舱上面板铺层三座舱左右面板下半部分铺层四前舱上下面板铺层五座舱左右面板上半部分铺层六电池舱左右面板、电池舱下面板、电机舱上下左右面板表2铺层代号铺层顺序铺层一[45f/04/90/04/90/04/90/04/45f/core/45f/03/90/04/90/04/90/03/45f]铺层二[45f/03/0f/03/0f/03/45f/corepvc/45f/03/0f/03/45f]铺层三[45f/902/0f/90/45f/corepvc/45f/902/0f/90/45f]铺层四[45f/902/0f/90/45f/core/45f/902/0f/90/45f]铺层五[45f/03/0f/02/45f/core/45f/02/0f/0/45f]铺层六[45f/903/0f/902/45f/core/45f/902/0f/90/45f]表2中：core代表夹芯层材料为蜂窝铝，corepvc代表夹芯层材料为pvc结构泡沫；core或corepvc之前为靠内的第一层碳纤维蒙皮铺层顺序，core或corepvc之后为靠外的第二层碳纤维蒙皮的铺层顺序，用/表示碳纤维蒙皮内的碳纤维预浸布铺层之间的间隔；每一碳纤维预浸布铺层中前面有数字的表示铺设角度，0、45和90分别代表碳纤维预浸布沿纤维方向0度、45度和90度铺设；每一碳纤维预浸布铺层中，有f表示平纹布，未标注f为单向布；每一碳纤维预浸布铺层中，附加下角标处代表同种布连续铺层两层碳纤维预浸布，没有下角标的只铺设单层碳纤维预浸布；角度说明：沿车身前端到后端的水平轴线为0°方向，角度正负定义为：向上偏移为正，向下偏移为负或向左偏移为负，向右偏移为正。作为改进，在承载式车身上预埋件承力连接点铺层进行局部补强，补强层的铺层顺序为：0/90/45/-45，该补强层对称加在内外两层碳纤维蒙皮上。一种电动赛车承载式车身的制造方法，其特征在于，将组成该承载式车身的内外两层碳纤维蒙皮分别记为第一层碳纤维蒙皮和第二层碳纤维蒙皮，具体制作方法如下：步骤一、在制造承载式车身的模具表面涂覆脱模剂；步骤二、根据碳纤维蒙皮铺层设计在模具上相应的位置按照不同要求进行多层碳纤维预浸布铺覆，形成第一层碳纤维蒙皮；步骤三、在铺覆好的第一层碳纤维蒙皮表面上铺覆脱模布；步骤四、将上述铺覆好第一层碳纤维蒙皮的模具放入真空袋中，并通过真空泵抽真空，之后测试真空度满足要求；步骤五、将上述抽真空后覆盖好第一层碳纤维蒙皮的模具放入热压罐中热压成型，热压之后去除真空袋，除去脱模布，得到第一层碳纤维蒙皮组成的承载式车身；步骤六、在除去脱模布的第一层碳纤维蒙皮表面上全部铺覆胶膜，在胶膜上铺覆铝蜂窝，铝蜂窝之间通过结构胶相连；步骤七、按照上述承载式车身碳纤维蒙皮铺层设计，在模具相应区域的铝蜂窝表面上按照不同要求进行碳纤维预浸布铺覆，形成第二层碳纤维蒙皮；步骤八、在铺覆好的第二层碳纤维蒙皮表面上铺覆脱模布；步骤九、按照上述步骤四和步骤五方法将铺覆好第二层碳纤维蒙皮的模具放入真空袋中，抽真空后放入热压罐中热压成型，热压之后去除真空袋，除去脱模布，脱模后完成承载式车身制作。作为改进，步骤一中，在模具表面涂覆的是六层薄的化学脱模剂，每层化学脱模剂之间最少间隔15分钟，最后一层化学脱模剂涂完之后至少要1小时之后才可以进行下一步。作为改进，步骤四中和步骤九，在承载式车身表面有拐角不平处，将真空袋折叠，保持真空袋与覆盖有脱模布的碳纤维蒙皮表面平整紧密接触。作为改进，步骤四中，在对真空袋抽真空后真空度测试持续时间不小于20分钟。作为改进，步骤五和步骤九中，热压罐中热压采用设定好的工艺参数进行，具体温度参数为：2分钟内匀速加热升温到15℃，30分钟内匀速加热升温到85℃，保持85℃，恒温时间为50-90分钟，之后13分钟内匀速加热升温到120℃，保持120℃，恒温时间为100-150分钟，最后12分钟内匀速降温到60℃；压力参数为0kpa运行2-5分钟，2分钟内匀速增压到200kpa，保持200kpa，恒压时间为210-260分钟，之后2分钟内匀速降压到0kpa。作为改进，步骤八中，在第二层碳纤维蒙皮表面的脱模布上再铺覆一层可以吸收碳纤维预浸布上多余树脂的吸胶毡。一种电动赛车承载式车身的安全性能测试方法，其特征在于，该安全性能测试方法包括材料试验，所述材料试验为取多块上述承载式车身的车身材料试件，然后对车身材料试件进行三点弯曲测试和圆周剪切测试；所述三点弯曲测试采用微机控制电子万能试验机，加载上压头为端部半球形的球面圆柱压头，其半径为r1，支座为圆角支座半径为r1，支座跨距l＝400mm，加载上压头进给量为5mm/min，具体步骤如下：a.检查车身材料试件外观和状态，确认车身材料试件为完整无缺的合格品；b.将合格的车身材料试件编号、划线，测量车身材料试件中间的三分之一跨距任意三点的厚度h，取算术平均值，计算精度为0.01mm；c.调节跨距l和上压头的位置，准确至0.5mm，加载上压头位于支座中间，且使上压头和支座的倒角圆柱面轴线相平行；d.标记车身材料试件受拉面，将车身材料试件对称地放在两支座上；e.将测量变形的仪表置于跨距中点处，与车身材料试件下表面接触，施加初载，检查和调整仪表，使整个系统处于正常状态；f.对车身材料试件连续加载，直到达到最大载荷，且载荷从最大载荷下降30％停止试验；g.按照上述步骤重复试验10次，计算剪切模量，排除不正常数据，取算术平均值；所述圆周剪切测试采用压缩试验机，加载上压头应为圆柱体的平冲头，平冲头端部为平面，圆柱体直径为φ，支座为一铝制的中空圆柱平台，中空圆柱平台的半径为r2，中空圆柱平台中间的圆孔半径为r2，圆柱体与圆孔同轴线；加载上压头进给量为20mm/min，具体步骤如下：a.检查车身材料试件外观和状态，确认车身材料试件为完整无缺的合格品；b.将合格的车身材料试件编号、划线，测量车身材料试件任意三边中随机位置的厚度，取算术平均值，计算精度为0.01mm；c.加载上压头位于支座中间，且使加载上压头和支座的圆柱面同轴线；d.标记车身材料试件受拉面，将车身材料试件对称地放在支座上；e.对车身材料试件连续加载，直到车身材料试件被完全穿透；f.按照上述步骤重复试验10次，根据设备记录的载荷-挠度曲线，计算弯曲弹性模量和最大弯曲应力，排除不正常数据，取算术平均值。作为改进，所述安全性能测试方法还包括模拟分析，具体步骤为：(1)材料试验结束后，根据所测得或计算的结果不断的对铺层方案进行优化，遴选出承载式车身相应区域的较优设计；(2)运用三维建模软件catia、alias进行赛车外观造型建模；(3)将材料试验所测得或计算得到的力学参数输入到ansys中，运用ansys对赛车的整车多种工况进行模拟，从而调整电动赛车在多种工况下各区域铺层以及相应结构进行改善；(4)根据软件模拟分析结果改善铺层方式与结构后，使承载式车身力学性能满足设计要求，即在多种工况下，承载式车身任意部位形变量不超过25mm，任何一个结构部分不出现失效。本发明的有益效果：该铺层方式利用蜂窝铝以及pvc泡沫作为夹芯层的各自力学优势，结合整车不同区域力学性能要求提供不同强度，显著提升大学生电动赛车承载式车身的刚度、强度、安全系数和以及优异震动吸收和吸能效果的同时达到轻量化的目标，承载式车身结构安全性的测试方法提供了碳纤维铝蜂窝结构复合材料力学性能的试验设备及步骤，同时也给出了碳纤维铝蜂窝结构复合材料承载式车身的安全性模拟软件与安全标准。附图说明图1是车身材料结构示意图。图2是承载式车身铺层分布方式前视示意图。图3是承载式车身铺层分布方式俯视示意图。图4是承载式车身铺层分布方式左视示意图。图5是承载式车身铺层分布方式右视示意图。图6是承载式车身铺层分布方式仰视示意图。图7是三点弯曲测试主视示意图。图8是三点弯曲测试左视示意图。图9是三点弯曲测试车身材料试件、加载压头与支座示意图。图10是圆周剪切测试示意图。1-第一层碳纤维蒙皮，2-第二层碳纤维蒙皮，3-夹芯层，4-胶膜，5-前舱上面板，6-前舱前隔板，7-电池舱上面板，8-电机舱上面板，9-座舱左面板上半部分，10-前舱左面板，11-座舱左面板下半部分，12-电池舱左面板，13-电机舱左面板，14-座舱右面板上半部分，15-电机舱右面板，16-电池舱右面板，17-座舱右面板下半部分，18-前舱右面板，19-电机舱下面板，20-电池舱下面板，21-座舱下面板，22-前舱下面板，23-球面圆柱压头，24-圆角支座，25-车身材料试件，26-平冲头，27-中空圆柱平台。具体实施方式下面结合附图对本发明进行举例说明一种电动赛车承载式车身的铺层方式，制作该承载式车身的车身材料由两层碳纤维蒙皮和夹芯层3组合而成，所述夹芯层3为蜂窝铝或pvc结构泡沫，按照不同的结构和力学性能要求将承载式车身分成多块区域，承载式车身上多块区域不同一共采用六种碳纤维蒙皮铺层方式，承载式车身的不同区域与铺层方式对应关系如下：表1.承载式车身的不同区域采用的铺层方式铺层一：前舱前隔板6；铺层二：前舱左面板10，前舱右面板18，座舱下面板21，电池舱上面板7；铺层三：座舱左面板下半部分11，座舱右面板下半部分17；铺层四：前舱上面板5，前舱下面板22；铺层五：座舱左面板上半部分9，座舱右面板上半部分14；铺层六：电池舱左面板12，电池舱右面板16，电池舱下面板20，电机舱上面板8，电机舱下面板19，电机舱左面板13，电机舱右面板15；每种铺层方式中碳纤维预浸布铺层顺序见表2：表2铺层代号铺层顺序铺层一[45f/04/90/04/90/04/90/04/45f/core/45f/03/90/04/90/04/90/03/45f]铺层二[45f/03/0f/03/0f/03/45f/corepvc/45f/03/0f/03/45f]铺层三[45f/902/0f/90/45f/corepvc/45f/902/0f/90/45f]铺层四[45f/902/0f/90/45f/core/45f/902/0f/90/45f]铺层五[45f/03/0f/02/45f/core/45f/02/0f/0/45f]铺层六[45f/903/0f/902/45f/core/45f/902/0f/90/45f]表2中：core代表夹芯层3材料为蜂窝铝，corepvc代表夹芯层3材料为pvc结构泡沫；core或corepvc之前为靠内的第一层碳纤维蒙皮铺层顺序，core或corepvc之后为靠外的第二层碳纤维蒙皮的铺层顺序，用/表示碳纤维蒙皮内的碳纤维预浸布铺层之间的间隔；每一碳纤维预浸布铺层中前面有数字的表示铺设角度，0、45和90分别代表碳纤维预浸布沿纤维方向0度、45度和90度铺设；每一碳纤维预浸布铺层中，有f表示平纹布，未标注f为单向布；每一碳纤维预浸布铺层中，附加下角标处代表同种布连续铺层两层碳纤维预浸布，没有下角标的只铺设单层碳纤维预浸布；角度说明：沿车身前端到后端的水平轴线为0°方向，角度正负定义为：向上偏移为正，向下偏移为负或向左偏移为负，向右偏移为正。表3.本发明专利所用材料属性：材料名称材料具体信息平纹布牌号为2554-c03303200，碳纤维为tc33-3k，单位面积重200g/m2。单向布牌号为2554-c03612075，碳纤维为tc36s-12k，单位面积重75g/m2。蜂窝铝材质为5052铝，蜂格边长4mm，壁厚0.1mm。pvc结构泡沫夹芯层厚度有15mm、20mm、25mm，密度80kg/m3。作为优选，在承载式车身上预埋件承力连接点铺层进行局部补强，补强层的铺层顺序为：0/90/45/-45，该补强层对称加在内外两层碳纤维蒙皮上。一种电动赛车承载式车身的制造方法，将组成该承载式车身的内外两层碳纤维蒙皮分别记为第一层碳纤维蒙皮1和第二层碳纤维蒙皮2，具体制作方法如下：步骤一、在制造承载式车身的模具表面涂覆六层薄的化学脱模剂，每层化学脱模剂之间最少间隔15分钟，最后一层化学脱模剂涂完之后至少要1小时之后才可以进行下一步，模具材质为铝，长度大于800mm，宽度大于600mm，表面平整光滑无凹凸；步骤二、根据碳纤维蒙皮铺层设计在模具上相应的位置按照不同要求进行多层碳纤维预浸布铺覆，形成第一层碳纤维蒙皮1；步骤三、在铺覆好的第一层碳纤维蒙皮1表面上铺覆脱模布；要保证脱模布能够覆盖碳纤维预浸布，通常被剪成比碳纤维预浸布的面积略大，长度约为850mm，宽度约为650mm。该步骤目的为碳纤维中的树脂固化完成后方便将碳纤维蒙皮与制作过程中所使用的其他材料分离。步骤四、将上述铺覆好第一层碳纤维蒙皮1的模具放入真空袋中，并通过真空泵抽真空，之后测试真空度满足要求；具体步骤为：(1)放置真空阀，将真空阀放在脱模布的表面，真空阀是一种单向阀，用来抽出密封环境内的空气，并保持真空度。(2)布置真空体系，将密封胶带(类似于双面胶)粘贴在模具的边沿。剪下一块比模具面积略大的真空袋膜。从角落里开始，剥离密封胶带背部的纸，按下真空袋膜，粘到暴露的密封胶带上。利用真空袋、密封胶、模具将碳纤维预浸料密封。优选的，真空袋膜，长度约为1000mm，宽度约为800mm。在承载式车身表面有拐角不平处，将真空袋折叠，保持真空袋与覆盖有脱模布的碳纤维蒙皮表面平整紧密接触。(3)连接和密封真空阀。所有真空袋膜都堆叠好，碳纤维预浸布被密封到真空袋里，在真空袋膜上真空阀接口处弄一个裂口，使真空阀接口伸出真空袋膜，并用密封胶带将裂口密封。连接真空阀接口和热压罐内真空泵的接口。(4)开启真空泵，抽空空气，调节真空袋。当空气被从真空袋内抽走时，四周挪动并固定真空袋膜，可以看到真空袋膜使碳纤维预浸布紧紧贴在模具表面的所有部位。(5)测试真空。打开真空泵并抽空密封环境中的空气，就会看到真空泵的真空度显示仪表上的真空度数值开始上升。等到接近完全真空，真空度数值不在上升。这时，应进行关掉真空泵，持续至少20分钟，然后细心观察真空度数值；如果指数下降，那么可以确定真空袋膜有泄漏，必须要进行调整。如果不完全密封，可以用力按压真空袋膜和密封胶带，再进行真空测试，直到完全密封。步骤五、将上述抽真空后覆盖好第一层碳纤维蒙皮1的模具放入热压罐中热压成型，热压罐中热压采用设定好的工艺参数进行，具体温度参数为：2分钟内匀速加热升温到15℃，30分钟内匀速加热升温到85℃，保持85℃，恒温时间为50-90分钟，之后13分钟内匀速加热升温到120℃，保持120℃，恒温时间为100-150分钟，最后12分钟内匀速降温到60℃；压力参数为0kpa运行2-5分钟，2分钟内匀速增压到200kpa，保持200kpa，恒压时间为210-260分钟，之后2分钟内匀速降压到0kpa。热压完成后，将模具从热压罐中取出，拔掉真空泵接口，将真空袋膜从模具上撕掉，除去脱模布，得到第一层碳纤维蒙皮1组成的承载式车身。具体步骤为：①切开真空袋膜的周围边缘并移除。②除去模具边缘的密封胶带。③取下真空阀，把粘在真空阀上的密封胶带清除干净，以便重复真空阀可重复使用。④小心撕掉脱模布，不要损坏碳纤维层。步骤六、在除去脱模布的第一层碳纤维蒙皮1表面上全部铺覆胶膜4，在胶膜4上铺覆铝蜂窝，利用胶膜4将蜂窝铝和制作完成的第一层碳纤维蒙皮1粘接牢固，铝蜂窝之间通过结构胶相连，一般的，铝蜂窝材质为5052铝，蜂格边长4mm，厚度0.05mm，高度5mm～25mm不等，根据承载式车身铺层设计而定。步骤七、按照上述承载式车身碳纤维蒙皮铺层设计，在模具相应区域的铝蜂窝表面上按照不同要求进行碳纤维预浸布铺覆，形成第二层碳纤维蒙皮2；步骤八、在铺覆好的第二层碳纤维蒙皮2表面上铺覆脱模布,通常被剪成比第二层碳纤维蒙皮2的面积略大。优选的，脱模布，长度约为900mm，宽度约为700mm。在第二层碳纤维蒙皮2表面的脱模布上再铺覆一层吸胶毡,吸胶毡可以吸收碳纤维预浸布上多余的树脂.步骤九、按照上述步骤四和步骤五方法将铺覆好第二层碳纤维蒙皮2的模具放入真空袋中，抽真空后放入热压罐中热压成型，热压之后去除真空袋，除去脱模布，脱模后完成承载式车身制作。优选的，采用蜂窝铝和pvc结构泡沫作为夹心，具体的，蜂窝铝的材质为5052铝，蜂格边长4mm，壁厚0.1mm。泡沫为pvc结构泡沫，密度80kg/m3。夹芯层3厚度有15mm、20mm、25mm。夹芯层3与夹芯层3之间采用结构胶进行粘接，优选的，采用dp460环氧树脂结构胶。优选的，蜂窝铝与碳纤维蒙皮之间的胶膜4采用环氧胶膜4。一种电动赛车承载式车身的安全性能测试方法，该安全性能测试方法包括材料试验和模拟分析，所述材料试验为取多块上述承载式车身的车身材料试件25，然后对车身材料试件25进行三点弯曲测试和圆周剪切测试；所述三点弯曲测试采用微机控制电子万能试验机，特别的，在满足试验条件的情况下也可采用其他试验机；加载上压头为端部半球形的球面圆柱压头23，其半径为r1＝(50±0.5)mm，支座为圆角支座24半径为r1＝(5±0.1)mm，支座跨距l＝400mm，加载上压头进给量为5mm/min，具体步骤如下：a.检查车身材料试件25外观和状态，确认车身材料试件25为完整无缺的合格品；b.将合格的车身材料试件25编号、划线，测量车身材料试件25中间的三分之一跨距任意三点的厚度h，取算术平均值，计算精度为0.01mm；c.调节跨距l和上压头的位置，准确至0.5mm，加载上压头位于支座中间，且使上压头和支座的倒角圆柱面轴线相平行；d.标记车身材料试件25受拉面，将车身材料试件25对称地放在两支座上；e.将测量变形的仪表置于跨距中点处，与车身材料试件25下表面接触，施加初载，检查和调整仪表，使整个系统处于正常状态；f.对车身材料试件25连续加载，直到达到最大载荷，且载荷从最大载荷下降30％停止试验；g.按照上述步骤重复试验10次，计算剪切模量等相关力学参数，排除不正常数据，取算术平均值。所述圆周剪切测试采用压缩试验机，特别的，在满足试验条件的情况下也可采用其他试验机。加载上压头应为圆柱体的平冲头26，平冲头26端部为平面，圆柱体直径为φ＝(25±0.1)mm，圆柱体材料选用40cr；支座为一铝制的中空圆柱平台27，中空圆柱平台27的半径为r2＝(50±0.5)mm，中空圆柱平台27中间的圆孔半径为r2＝(16±0.1)mm，圆柱体与圆孔同轴线；加载上压头进给量为20mm/min，具体步骤如下：a.检查车身材料试件25外观和状态，确认车身材料试件25为完整无缺的合格品；b.将合格的车身材料试件25编号、划线，测量车身材料试件25任意三边中随机位置的厚度，取算术平均值，计算精度为0.01mm；c.加载上压头位于支座中间，且使加载上压头和支座的圆柱面同轴线；d.标记车身材料试件25受拉面，将车身材料试件25对称地放在支座上；e.对车身材料试件25连续加载，直到车身材料试件25被完全穿透；f.按照上述步骤重复试验10次，根据设备记录的载荷-挠度曲线，计算弯曲弹性模量和最大弯曲应力等相关力学参数，排除不正常数据，取算术平均值。所述模拟分析包括以下步骤：(1)材料试验结束后，根据所测得或计算的结果不断的对铺层方案进行优化，遴选出承载式车身相应区域的较优设计；(2)运用三维建模软件catia、alias进行赛车外观造型建模；(3)将材料试验所测得或计算得到的力学参数输入到ansys中，运用ansys对赛车的整车多种工况进行模拟，从而调整电动赛车在多种工况下各区域铺层以及相应结构进行改善；(4)根据软件模拟分析结果改善铺层方式与结构后，使承载式车身力学性能满足设计要求，即在多种工况下，承载式车身任意部位形变量不超过25mm，任何一个结构部分不出现失效。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其他变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。当前第1页12