競(jìng)技節(jié)能車車身的設(shè)計(jì)思路

1、競(jìng)技節(jié)能車車身的設(shè)計(jì)思路作 者：賈 嶼（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院） 丁礦輝（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院） 朱家龍（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院）基金項(xiàng)目：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目研究核心：1.研究競(jìng)技節(jié)能車外形與空氣動(dòng)力學(xué)特性的關(guān)系 2.研究材料對(duì)車身輕量化工程的影響選題背景：本田節(jié)能競(jìng)技大賽是讓參賽團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制作的汽車在規(guī)定時(shí)間、規(guī)定路線下，行駛一定距離，由此換算出一升油能夠行駛的公里數(shù)，耗油量少則勝出的一項(xiàng)賽事。其中參加比賽的車輛均搭載由本田技研工業(yè)投資有限公司開(kāi)發(fā)的honda彎梁車的125cc化油器低油耗四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。honda節(jié)能競(jìng)技大賽于1981年在日本創(chuàng)辦，至今已有29年的歷史。比賽

2、除要求參賽車輛使用統(tǒng)一的honda低油耗汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，以外的車架和車身等完全由各車隊(duì)獨(dú)自創(chuàng)作，每支參賽隊(duì)帶來(lái)的都是世界上獨(dú)一無(wú)二的賽車。賽車在指定的賽道內(nèi)跑完賽程，比賽誰(shuí)消耗的燃油最少。由于這項(xiàng)賽事有著極高的樂(lè)趣性和廣泛的參與性，每年都有來(lái)自世界各地的初中、高中和大學(xué)等的學(xué)校代表隊(duì)、企業(yè)代表隊(duì)， 創(chuàng)作出具有新穎構(gòu)思和創(chuàng)意的賽車參加比賽。在迄今為止的28屆比賽中創(chuàng)下的最高記錄為3435.325km/l，相當(dāng)于北京到重慶的直線往返距離。同時(shí)，這項(xiàng)比賽也在逐漸壯大擴(kuò)展，中國(guó)作為繼日本泰國(guó)之后的第三個(gè)舉辦地，于2006年在上海舉行了試行大賽，2007年11月11日，第1屆honda中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽在上海

3、國(guó)際賽車場(chǎng)圓滿舉行。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)于2010年首次參與這項(xiàng)賽事。作為此項(xiàng)比賽中的后起之秀，在2011年“第5屆honda中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽”中，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)廣志車隊(duì)的賽車用1升汽油跑了328.117公里，在眾多名校車隊(duì)中脫穎而出，位列高校組第16名。 honda節(jié)能競(jìng)技大賽的目的是通過(guò)比賽提高社會(huì)的節(jié)能和環(huán)保意識(shí)，參賽車隊(duì)通過(guò)各項(xiàng)獨(dú)創(chuàng)技術(shù)不斷挖掘一升汽油的無(wú)限潛能，從中體會(huì)到節(jié)能的重要性。同時(shí)，比賽也為參賽者提供體驗(yàn)親手制作賽車的樂(lè)趣的機(jī)會(huì)，提高實(shí)踐能力。節(jié)能競(jìng)技大賽的宗旨在于“讓肩負(fù)著人類未來(lái)的年輕人通過(guò)思考和實(shí)踐來(lái)體會(huì)如何更有效地利用資源，如何把我們生存的這個(gè)星球更完好地傳遞給下一代”。節(jié)能、

4、環(huán)保是此項(xiàng)比賽一直致力解決的重要課題之一。在產(chǎn)品領(lǐng)域，honda通過(guò)燃料電池、混合動(dòng)力、生物乙醇彈性燃料、清潔柴油等先進(jìn)的節(jié)能、環(huán)保型產(chǎn)品時(shí)刻走在行業(yè)的前列。在生產(chǎn)領(lǐng)域，honda在全球推行“綠色工廠”體系，制定獨(dú)自的企業(yè)目標(biāo)，努力降低產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能源消耗和污染物以及溫室氣體二氧化碳的排放。汽車、化工等對(duì)化石燃料的依賴并由此排放的污染物已經(jīng)給全球的能源和環(huán)境帶來(lái)了危機(jī)，節(jié)能與環(huán)保的主題一直是人們不懈致力研究的領(lǐng)域，也是我們每個(gè)人需要關(guān)注的問(wèn)題。節(jié)能競(jìng)技大賽作為節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的社會(huì)活動(dòng)之一今后將繼續(xù)在中國(guó)舉辦。本文作者的賈嶼、丁礦輝、朱家龍均為安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目節(jié)能車的車身設(shè)計(jì)項(xiàng)

5、目組成員，其中賈嶼為安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)廣志車隊(duì)成員。該項(xiàng)目的研究從2012年4月開(kāi)始，歷時(shí)四個(gè)月的時(shí)間，通過(guò)構(gòu)思繪圖、有限元分析等方式設(shè)計(jì)車身，旨在為學(xué)校參加2012年第六屆中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽設(shè)計(jì)比賽用車，本文在這里闡明我們對(duì)車身關(guān)于空氣動(dòng)力學(xué)和材料輕量化工程的設(shè)計(jì)思路。選題的意義及目的： 在石油資源日益枯竭、全球石油儲(chǔ)藏量急劇下降的背景下，我國(guó)汽車保有量卻以平均每年12.08%的速度增加，我國(guó)對(duì)燃油的消費(fèi)需求以驚人的快速度增長(zhǎng)，有很大一部分依賴進(jìn)口。一方面，我國(guó)汽車節(jié)油技術(shù)的應(yīng)用有限，燃油的使用效率普遍不高，汽車百公里耗油約比發(fā)達(dá)國(guó)家高20%；另一方面，機(jī)動(dòng)車排放污染已經(jīng)成為我國(guó)污染物的主要來(lái)源之一

6、。因此，汽車節(jié)油和環(huán)保問(wèn)題日益突出，面對(duì)有限的石油資源和國(guó)家能源戰(zhàn)略遇到的威脅與挑戰(zhàn)，汽車節(jié)能與環(huán)保技術(shù)已成為汽車技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。隨著近幾年國(guó)家節(jié)能減排工作的不斷深化，汽車節(jié)能減排已經(jīng)成為社會(huì)各界的共識(shí)，也正在成為社會(huì)全體成員的共同目標(biāo)。自2004年起，中國(guó)超越了日本成為僅次于美國(guó)的世界第二大石油消耗國(guó)。2006年，中國(guó)對(duì)進(jìn)口石油的依賴增至年需求總量的47%，2006年中國(guó)的原油凈進(jìn)口量為13844萬(wàn)噸。而在1990年2003年的13年里，中國(guó)汽車保有量年均增長(zhǎng)率達(dá)到12%，汽車燃油消耗在中國(guó)石油消耗中所占的比例日益增大。2008年，中國(guó)每一輛汽車的年均耗油是2.1噸，中國(guó)進(jìn)口的原油有30

7、%被汽車消耗，而這一比例在今后將升至50%。從尾氣排放方面，汽車排出的廢氣已成為城市空氣的首要污染源。據(jù)國(guó)家環(huán)保總局測(cè)算，2009年中國(guó)汽車排放污染在城市大氣污染中所占比例高達(dá)79%。因此，汽車既是耗油大戶，又是排放廢氣的大戶，抓好了汽車的節(jié)能減排，就是抓住了重點(diǎn)。 汽車節(jié)能減排的重要性不言而喻，考慮到當(dāng)前我國(guó)的汽車節(jié)能技術(shù)發(fā)展的實(shí)際情況，除了要積極推進(jìn)以混合動(dòng)力、燃料電池、先進(jìn)柴油、醇類汽車等為代表的新能源汽車技術(shù)的發(fā)展外，另一個(gè)推進(jìn)汽車節(jié)能減排工作的措施就是大力研究開(kāi)發(fā)適合我國(guó)現(xiàn)階段汽車行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀，并適合大量在用汽車的高性能節(jié)能產(chǎn)品。節(jié)能競(jìng)技賽車與普通汽車的結(jié)構(gòu)布局相似，由發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和

8、車身三大部分組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的改造無(wú)疑是各賽車隊(duì)攻關(guān)的重點(diǎn)，也是節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)性方向；底盤的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于減小摩擦損失和提高機(jī)械傳動(dòng)的效率；車身設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于美觀的外形、輕重量和較低的空氣阻力系數(shù)。本田節(jié)能競(jìng)技大賽適時(shí)迎合了時(shí)代提高社會(huì)節(jié)能和環(huán)保意識(shí)的要求，激發(fā)各參賽車隊(duì)通過(guò)各項(xiàng)獨(dú)創(chuàng)技術(shù)不斷挖掘一升汽油的無(wú)限潛能，使其從中體會(huì)到節(jié)能重要性的同時(shí)，提高參賽者的思考和實(shí)踐能力，更為將來(lái)汽車節(jié)能方面的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了無(wú)限新的可能。本文選題目的就是在本田節(jié)能競(jìng)技大賽的背景下，對(duì)節(jié)能競(jìng)技車車身的設(shè)計(jì)進(jìn)行思考。（一）車身外形與空氣動(dòng)力學(xué)特性的關(guān)系學(xué)科背景：汽車空氣動(dòng)力學(xué)automobile design

9、& aerodynamics汽車空氣動(dòng)力學(xué)是研究汽車與空氣運(yùn)動(dòng)之間相互作用規(guī)律以及氣動(dòng)力對(duì)汽車各種性能影響的一門學(xué)科。汽車空氣動(dòng)力特性是汽車的重要特性之一，它直接影響汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、舒適性和安全性。設(shè)計(jì)空氣動(dòng)力特性良好的汽車，是提高汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的重要途徑，而高速汽車的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性是汽車高速、安全行駛的前提條件。學(xué)科架構(gòu)： 1.建筑空氣動(dòng)力學(xué)2.火車（列車）空氣動(dòng)力學(xué)3.船舶空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)分析：整體思路：海豚的造型，仿生學(xué)設(shè)計(jì)。以海豚的生物體態(tài)，混合使用曲面和平面，設(shè)計(jì)出緊湊有序的車身部件，有力、光滑、緊湊的曲線表現(xiàn)出汽車健美的運(yùn)動(dòng)氣質(zhì)，賽車具備了優(yōu)良流線形的條件，

10、更有利于節(jié)能。車輛整體應(yīng)符合大眾審美觀，融入了海豚元素后讓人激烈地聯(lián)想到豚類游動(dòng)時(shí)優(yōu)雅的姿態(tài)，靈性十足的設(shè)計(jì)，亦同時(shí)充滿了時(shí)尚感和科學(xué)感，具有平易近人、大氣穩(wěn)重的特點(diǎn)，是幾何學(xué)和機(jī)械造型的絕佳結(jié)合，給人以速度和澎湃沖擊感，在靜止的時(shí)候也極富動(dòng)感，達(dá)到人們心理上的美觀要求。配合人體工程學(xué)有關(guān)知識(shí)制定合理的長(zhǎng)度、寬度、高度、駕駛座的空間大小等內(nèi)容，并結(jié)合行駛實(shí)際環(huán)境，目的是配合車身主體和底面擁有更順暢的氣體流動(dòng)環(huán)境。右上圖所示的就是根據(jù)海豚的仿生學(xué)原理，設(shè)計(jì)出的車身的原始形態(tài)。這種設(shè)計(jì)類似于理想的流線型物體，我們將會(huì)在這個(gè)原始形態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)部?jī)?yōu)化，使其轉(zhuǎn)化成為競(jìng)技節(jié)能車的車身外形。詳細(xì)設(shè)計(jì)思路

11、：關(guān)鍵詞： 前段外形 車身側(cè)面 整流罩 尾部 前段外形：對(duì)于節(jié)能車的構(gòu)造而言，車頭（車身前段）是與空氣阻力接觸最早的部位，也是影響車體氣動(dòng)性能的關(guān)鍵部位。當(dāng)車身前端形狀發(fā)生突然變化時(shí)，氣流將產(chǎn)生分離，阻力系數(shù)cd值增大,因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免細(xì)小部位的突起，另外，由于前段外形的變化會(huì)使流向地板下方的氣流發(fā)生變化，cd（氣動(dòng)升力）的前后軸分配也會(huì)發(fā)生變化。 車頭的拐角部位由棱角改成有曲率的圓弧外形時(shí)cd將降低，當(dāng)然其外形也應(yīng)避免有尖角，但在一定曲率下其cd不再改變成為一個(gè)定值。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)采用二次曲率，即水平斷面設(shè)置為小曲率，其后曲率逐漸增大。該部位的分離流對(duì)車身側(cè)面的流動(dòng)有很大影響，是使cd增

12、大的重要因素。同時(shí)，前端的棱角容易使得流向頂蓋的氣流產(chǎn)生分離，對(duì)cd會(huì)產(chǎn)生很大的影響，因此，我們的車身前端將會(huì)盡可能壓低，符合氣流的運(yùn)動(dòng)流線，將車頭部分的cd減少多一些。車身側(cè)面：車身側(cè)面的棱角對(duì)流向車身后方的氣流有直接影響，大棱角會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)渦的三維分離流，因此，單就車身側(cè)面的氣流分離情況，側(cè)身采用直立型是有利的。如右圖所示，表明車身的俯視外廓線與cd與cda的關(guān)系，它是以軸距為a與基于軸距的俯視外形中部鼓起的弦長(zhǎng)ah之比的變化硬氣的氣動(dòng)特性的變化來(lái)評(píng)價(jià)俯視外形弧度的影響。側(cè)面弧度外形在一定范圍內(nèi)會(huì)使cd降低，但由于側(cè)面外形彎曲，會(huì)使正面投影面積增大，而a的增大大于cd的減小，故綜合效果是使阻力

13、增大。以上分析表明，在保證總布置設(shè)計(jì)的要求下，應(yīng)使側(cè)面外形曲率達(dá)到最佳化，消除側(cè)面部件的外凸和棱角，使其平滑以消除和控制氣流分離，減小渦流區(qū)，降低cd值。車身底部：離地間隙的影響汽車在行駛時(shí)，由于空氣的粘性作用，在汽車底面將產(chǎn)生邊界層。隨著氣流向車身候補(bǔ)的轉(zhuǎn)移，邊界層厚度逐漸增加。當(dāng)離地間隙不大時(shí)，邊界層有可能延伸至地面，當(dāng)汽車底面與地面之間的空氣有可能被帶動(dòng)隨汽車一起向前運(yùn)動(dòng)?？諝馀c地面之間產(chǎn)生相對(duì)速度，進(jìn)而導(dǎo)致在地面上形成了次生邊界層。汽車的底面通常高低不平，使得底部的氣流變得復(fù)雜，形成了強(qiáng)湍流區(qū)和各種復(fù)雜的渦流。當(dāng)離地間隙變小時(shí)，汽車底部與地面之間的氣流可能受阻，使前方來(lái)氣流轉(zhuǎn)向流至車身

14、上表面，這增大了汽車上表面的氣流流速，使壓力降低，導(dǎo)致汽車的阻力和升力增大。但如果將汽車底部表面做成平滑的外形，就可以使車身下表面的摩擦損失降低，從而降低阻力。當(dāng)離地間隙增加時(shí)，車身下部與地面之間的氣流可以無(wú)阻的流過(guò)，使阻力和升力都有所下降，但當(dāng)離地間隙增加到一定值時(shí)，再增加離地間隙也不會(huì)使氣動(dòng)阻力產(chǎn)生太大的變化，經(jīng)過(guò)我們查閱大量資料以及調(diào)試的結(jié)果，我們的車身離地間隙在車身負(fù)載下為26mm，這個(gè)數(shù)據(jù)既可以保證車身的平穩(wěn)可靠，也可以降低風(fēng)阻，減小升力。整流罩： 車身的上部是挖空的，供駕駛者操作車輛，但車身的整體流線卻被打破，成為空氣阻力的重要部分。因此，必須要在駕駛者頭部上方加裝整流罩，以引導(dǎo)空

15、氣的流動(dòng)。具有整流罩、調(diào)校完備的經(jīng)濟(jì)節(jié)能大賽車輛，不管正面投影面積有多大，阻力系數(shù)cd也會(huì)非常小，此時(shí)空氣阻力降低為無(wú)整流罩時(shí)的45，是滾動(dòng)阻力值的一半。下面的計(jì)算是就一個(gè)例子進(jìn)行的，很明顯不管有無(wú)整流罩，空氣阻力都是很大的阻力。但整流罩對(duì)空氣阻力的消減確是很有效果的。 從初始速度40km/h開(kāi)始滑行時(shí)的車速和行駛距離變化時(shí)間（秒）有整流罩無(wú)整流罩速度km/h距離m 速度km/h 距離m0 40 0 40 0 10 34.9 104.0 33.1 101.4 20 30.2 194.4 27.3 185.5 30 25.8 272.2 22.3 254.5 40 21.7 338.1 17.8

16、 310.3 50 17.7 392.8 13.7 354.1 時(shí)速加速到40km/h，然后掛空檔行駛時(shí)，也就是滑行前進(jìn)時(shí)的時(shí)間、車速、行駛距離之間的關(guān)系如表所示。 開(kāi)始滑行50秒后，有整流罩的車輛速度變?yōu)?7.7km/h，其間行駛的距離為393m。而沒(méi)有整流罩的車輛，速度降為13.7km/h，而且其間行駛距離要少40m為354m。因此，想要良好的節(jié)能效果，必須加上導(dǎo)流車身。車尾：車尾外形、尾部?jī)A斜角rw取決于后窗的轉(zhuǎn)折點(diǎn)長(zhǎng)度與總長(zhǎng)度之比，即lbr /l,右圖表明尾部?jī)A斜角rw對(duì)cd的影響，圖中的cd為以rw =0時(shí)的cd降低率為分析基準(zhǔn)的，當(dāng)lbr /l值小時(shí)，后窗傾角對(duì)cd的影響不明顯，當(dāng)

17、lbr /l為一定值時(shí)，顯現(xiàn)了后窗傾角對(duì)cd的影響，后窗傾角rw =10-20時(shí)，cd出現(xiàn)最小值，當(dāng)rw =30時(shí)，cd出現(xiàn)了驟然增加的峰值，這是一個(gè)臨界形狀。當(dāng)后部出現(xiàn)平面錐度時(shí)，與rw同樣，尾錐角為rc =1020時(shí)，cd出現(xiàn)極小值，當(dāng)rc =30時(shí)，cd出現(xiàn)了增大的趨勢(shì)。由上述分析可見(jiàn)，對(duì)于尾部形狀，制約流動(dòng)特微趨勢(shì)的主要因素的尾部?jī)A角，但是當(dāng)采用尾錐度時(shí)，尾部?jī)A角在30時(shí)的臨界角消失了。 研究表明：在任何情況下，車身前端的傾斜角度都是cd的決定因素，當(dāng)前車身小于20時(shí)氣流在車身前端的端面開(kāi)始分離，在任何情況下，都是分離越大，cd值越大，當(dāng)角度rw為20-30時(shí)，氣流雖然會(huì)在前端面分離，

18、卻在整流罩上再次附著，基本上在控制分離的同時(shí)，頂蓋前沿的分離會(huì)減小。以上分析表明，控制氣流分離是與降低氣動(dòng)阻力密切相關(guān)的。以上就是對(duì)車身設(shè)計(jì)的闡述，我們從前段，側(cè)面、整流罩以及尾部幾個(gè)方面系統(tǒng)的闡述了車身的細(xì)部?jī)?yōu)化，相信在以上理論的支撐下，我們的設(shè)計(jì)可以有較好的氣動(dòng)特性。（二）材料對(duì)車身輕量化工程的影響關(guān)鍵詞： 玻璃鋼 基于碳纖維的復(fù)合材料 整體思路：車身材料的選擇一般要考慮材料的成本，成型難易及制造成本、生產(chǎn)效率等，對(duì)承載件要滿足強(qiáng)度，剛度、韌性的要求，對(duì)外覆蓋件要滿足美觀，耐腐蝕，易涂漆、抗沖壓，已修復(fù)、低導(dǎo)電、隔熱、等特點(diǎn)。對(duì)于不同載荷類型，需要利用材料的不同力學(xué)特性，并綜合考慮合理的結(jié)

19、構(gòu)設(shè)計(jì)，使材料發(fā)揮最大效益而不增加車身重量，從而實(shí)現(xiàn)輕量化的設(shè)計(jì)。在對(duì)車身材料進(jìn)行選擇的同時(shí)，結(jié)合節(jié)能車所處于的行駛條件以及近幾年參賽車輛所選取的材料來(lái)看，使用玻璃鋼（frp）這種復(fù)合材料的很多，以下對(duì)所使用材料進(jìn)行相關(guān)資料整理。如果將基于玻璃纖維的frp與金屬材料比對(duì)才會(huì)發(fā)現(xiàn)，frp比鋁輕一半，是鐵的1/5，而剛性和強(qiáng)度比夾層板高10倍有余，因此更適合做車身的材料。以下對(duì)這兩種材料做進(jìn)一步說(shuō)明1.玻璃鋼（frp）frp(fiberglass reinforced plastics)即纖維強(qiáng)化塑料，一般指用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚脂、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體。質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，機(jī)械強(qiáng)度高，耐腐蝕?？?/p>

20、以代替鋼材制造機(jī)器零件和汽車、船舶外殼等。玻璃鋼學(xué)名玻璃纖維增強(qiáng)塑料。它是以玻璃纖維及其制品（玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強(qiáng)材料，以合成樹脂作基體材料的一種復(fù)合材料。復(fù)合材料的概念是指一種材料不能滿足使用要求，需要由兩種或兩種以上的材料復(fù)合在一起，組成另一種能滿足人們要求的材料，即復(fù)合材料。例如，單一種玻璃纖維，雖然強(qiáng)度很高，但纖維間是松散的，只能承受拉力，不能承受彎曲、剪切和壓應(yīng)力，還不易做成固定的幾何形狀，是松軟體。如果用合成樹脂把它們粘合在一起，可以做成各種具有固定形狀的堅(jiān)硬制品，既能承受拉應(yīng)力，又可承受彎曲、壓縮和剪切應(yīng)力。這就組成了玻璃纖維增強(qiáng)的塑料基復(fù)合材料。由于其強(qiáng)度相當(dāng)于鋼材，

21、又含有玻璃組分，也具有玻璃那樣的色澤、形體、耐腐蝕、電絕緣、隔熱等性能。由此可見(jiàn)，玻璃鋼的含義就是指玻璃纖維作增強(qiáng)材料、合成樹脂作粘結(jié)劑的增強(qiáng)塑料，國(guó)外稱玻璃纖維增強(qiáng)塑料。隨著我國(guó)玻璃鋼事業(yè)的發(fā)展，作為塑料基的增強(qiáng)材料，已由玻璃纖維擴(kuò)大到碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維等，無(wú)疑地，這些新型纖維制成的增強(qiáng)塑料，是一些高性能的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。 frp有如下特性：(1)輕質(zhì)高強(qiáng)相對(duì)密度在1.52.0之間，只有碳鋼的1/41/5，可是拉伸強(qiáng)度卻接近，甚至超過(guò)碳素鋼，而比強(qiáng)度可以與高級(jí)合金鋼相比。因此，在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應(yīng)用中，都具有卓越成效

22、。某些環(huán)氧frp的拉伸、彎曲和壓縮強(qiáng)度均能達(dá)到400mpa以上。 (2)耐腐蝕性能好frp是良好的耐腐材料，對(duì)大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力。已應(yīng)用到化工防腐的各個(gè)方面，正在取代碳鋼、不銹鋼、有色金屬等。(3)電性能好是優(yōu)良的絕緣材料，用來(lái)制造絕緣體。高頻下仍能保護(hù)良好介電性。微波透過(guò)性良好，已廣泛用于雷達(dá)天線罩。(4)熱性能良好frp熱導(dǎo)率低，室溫下為1.251.67kj/（mhk），只有金屬的1/1001/1000，是優(yōu)良的絕熱材料。在瞬時(shí)超高溫情況下，是理想的熱防護(hù)和耐燒蝕材料，能保護(hù)宇宙飛行器在2000以上承受高速氣流的沖刷。 (5)可設(shè)計(jì)性好可以根

23、據(jù)需要，靈活地設(shè)計(jì)出各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，來(lái)滿足使用要求，可以使產(chǎn)品有很好的整體性?？梢猿浞诌x擇材料來(lái)滿足產(chǎn)品的性能，如：可以設(shè)計(jì)出耐腐的，耐瞬時(shí)高溫的、產(chǎn)品某方向上有特別高強(qiáng)度的、介電性好的，等等。(6)工藝性優(yōu)良可以根據(jù)產(chǎn)品的形狀、技術(shù)要求、用途及數(shù)量來(lái)靈活地選擇成型工藝。工藝簡(jiǎn)單，可以一次成型，經(jīng)濟(jì)效果突出，尤其對(duì)形狀復(fù)雜、不易成型的數(shù)量少的產(chǎn)品，更突出它的工藝優(yōu)越性。2.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(cfrp)碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。另外，碳纖維是指含碳量高于 90的無(wú)機(jī)高分子纖維，其中含碳量高于 99的稱石墨纖維。性能特點(diǎn)

24、：碳纖維的比重小，抗拉強(qiáng)度高，軸向強(qiáng)度和模量高，無(wú)蠕變，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，x 射線透過(guò)性好。但其耐沖擊性較差，容易損傷，在強(qiáng)酸作用下發(fā)生氧化，與金屬?gòu)?fù)合時(shí)會(huì)發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因此，碳纖維在使用前須進(jìn)行表面處理?？傊?，碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料。目前應(yīng)用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維。碳纖維的制造包括纖維紡絲、熱穩(wěn)定化（預(yù)氧化）、碳化、石墨化等4個(gè)過(guò)程。其間伴隨的化學(xué)變化包括脫氫、環(huán)化、氧化及脫氧等。應(yīng)用領(lǐng)域：碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、 紙及其他材料。傳統(tǒng)使用中碳纖維除 用作絕熱保溫

25、材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、金 屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、 人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、汽車、體育器材、工業(yè)機(jī)器人、汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。這種基于碳纖維的復(fù)合材料具有玻璃鋼的一切特性，且質(zhì)量更輕。隨著這幾年產(chǎn)業(yè)化，價(jià)格也變得可以接受了。值得注意的是，這種基于碳纖維的復(fù)合材料比傳統(tǒng)的玻璃鋼還要輕28%以上，因此，采用這種材料是理所應(yīng)當(dāng)?shù)摹２⑶?，采用碳纖維作為汽車車身已有接近40年的時(shí)間，相關(guān)技術(shù)早已完備，因此，選取這種基于碳纖維的復(fù)合材料是實(shí)現(xiàn)材料輕量化工程的關(guān)鍵所在。結(jié)語(yǔ)：以上就

26、是我們隊(duì)對(duì)競(jìng)技節(jié)能車車身的設(shè)計(jì)思路，從空氣動(dòng)力學(xué)特性和材料輕量化兩個(gè)方面去考慮的，然而，我們的設(shè)計(jì)思路也可能存在諸多漏洞，由于缺乏相應(yīng)的條件，不能親自設(shè)計(jì)出模型來(lái)測(cè)試性能，只能通過(guò)相關(guān)的軟件獲取一些數(shù)據(jù)，不斷比較改進(jìn)。缺乏計(jì)算以及實(shí)體測(cè)試是我們今后將會(huì)重點(diǎn)解決的問(wèn)題，我們也會(huì)在這項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)這一方向的內(nèi)容進(jìn)行更為深入的學(xué)習(xí)。在現(xiàn)實(shí)生活中，我們幾個(gè)人都是車迷，喜歡并研究各種車款車型。我們知道，此次設(shè)計(jì)的車身只是為比賽所需，如果將相關(guān)理念運(yùn)用于實(shí)際車體甚至量產(chǎn)的話，會(huì)有許多不合理的方面，還要綜合考慮諸多因素。比如車體流線的美學(xué)，車子性價(jià)比，實(shí)際抗撞擊性能等?，F(xiàn)在行業(yè)內(nèi)的許多流行元素和科學(xué)設(shè)計(jì)

27、可能跟這不符合，但我們的設(shè)計(jì)理念或許會(huì)給車子的設(shè)計(jì)提供一些改進(jìn)靈感。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，我們也明顯感受到許多棘手的問(wèn)題及有阻力的因素。因?yàn)槲覀冮_(kāi)始從事項(xiàng)目研究時(shí)均為大學(xué)本科二年級(jí)學(xué)生，專業(yè)知識(shí)尚未開(kāi)始學(xué)習(xí)，對(duì)車的了解也僅限于外觀及內(nèi)配，真正到車體及材料設(shè)計(jì)確是了解甚微。僅僅依靠圖書資源和網(wǎng)絡(luò)資源的閱讀，難以對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行更深層次的探究，我們所學(xué)習(xí)的相關(guān)軟件也是很少并且都不夠深入。但這項(xiàng)研究從選題到實(shí)質(zhì)性的研究到現(xiàn)在的報(bào)告結(jié)題，畢竟凝聚了我們團(tuán)隊(duì)幾個(gè)月的心血，我們不怕重重困難，依靠興趣，不斷查閱資料改進(jìn)方案，不斷測(cè)試數(shù)據(jù)完善設(shè)計(jì)。通過(guò)這次課題研究的合作，相信今后我們可以在這項(xiàng)研究上攜手并進(jìn)，走的更遠(yuǎn)！參考文獻(xiàn)1. 傅立敏 著 汽車設(shè)計(jì)與空氣動(dòng)力學(xué) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2011.4 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2. julian happian-smith 著現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)概論 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2006.