節(jié)能車(chē)研發(fā)與制作

1、節(jié)能車(chē)研發(fā)與制作姓 名: 胡 軍班 級(jí): T1123-5學(xué) 號(hào): 20110230128一節(jié)能車(chē)簡(jiǎn)介 節(jié)能車(chē)指以?xún)?nèi)燃機(jī)為主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，綜合工況燃料消耗量?jī)?yōu)于下一階段目標(biāo)值的汽車(chē)。全世界1/4的能源用于交通運(yùn)輸，包括每年生產(chǎn)的2/3石油在內(nèi)。交通運(yùn)輸領(lǐng)域的一些節(jié)能措施根本就不用花錢(qián)，比如說(shuō)，保持輪胎適當(dāng)充氣就能提高能效6%。此外，油電混合動(dòng)力車(chē)等環(huán)保汽車(chē)在汽油消耗量相同的情況下，行駛里程可比傳統(tǒng)汽車(chē)多出20%。二節(jié)能車(chē)技術(shù)汽車(chē)節(jié)能技術(shù)用于改進(jìn)汽車(chē)能源消耗的技術(shù)。汽車(chē)節(jié)能措施涉及方方面面，就中國(guó)的現(xiàn)狀而言，有效措施包括以下幾個(gè)方面：公路與交通設(shè)施的合理配套，車(chē)型及油品按需生產(chǎn)配置，運(yùn)營(yíng)的合理等非技

2、術(shù)問(wèn)題。技術(shù)方面，保證產(chǎn)品質(zhì)量，按照規(guī)范使用和維護(hù)機(jī)器，改變汽油機(jī)燃燒方式以提高能量轉(zhuǎn)換效率。在現(xiàn)有的燃燒方式下，可以采取以下手段進(jìn)行節(jié)能：改進(jìn)供油系統(tǒng)，汽油機(jī)改氣缸燃油噴射，可提高汽油燃燒效率；改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)，提高汽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性；減少發(fā)動(dòng)機(jī)附件損失，合理使用配件，進(jìn)行相應(yīng)的改裝。節(jié)能汽車(chē)指的是低能耗、低污染、小排量、新能源、新動(dòng)力汽車(chē)。隨著小排量汽車(chē)限制的取消，國(guó)家將加大節(jié)能環(huán)保型小排量汽車(chē)及其先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的支持力度。鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)柴油轎車(chē)和微型車(chē)，以及使用醇醚燃料、天然氣、混合燃料、氫燃料等新型燃料的汽車(chē)。節(jié)能環(huán)保型小排量汽車(chē)及其先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求是，汽油機(jī)升功率大于50千瓦，

3、柴油機(jī)升功率大于40千瓦。對(duì)照目前國(guó)內(nèi)排量1.0升汽車(chē)的有關(guān)指標(biāo)，在升功率方面達(dá)到要求的車(chē)輛并不是很多。根據(jù)有關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)乘用車(chē)升功率總體均值大約為42.6千瓦/升。其他具體指標(biāo)要求還有：發(fā)動(dòng)機(jī)排量小于等于1.4L，車(chē)身外形尺寸總長(zhǎng)小于等于4米，油耗指標(biāo)、環(huán)保指標(biāo)、安全指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。三總體設(shè)計(jì)方案本田節(jié)能競(jìng)技大賽是讓參賽團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制作的汽車(chē)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(chē)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(chē)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

4、本創(chuàng)辦，至今已有29年的歷史。比賽除要求參賽車(chē)輛使用統(tǒng)一的Honda低油耗汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，以外的車(chē)架和車(chē)身等完全由各車(chē)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(chē)。賽車(chē)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(chē)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

5、屆Honda中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽在上海國(guó)際賽車(chē)場(chǎng)圓滿舉行。節(jié)能競(jìng)技大賽的宗旨在于“讓肩負(fù)著人類(lèi)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、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(chē)、化工等對(duì)化石燃料的依賴(lài)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

6、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。1. 總體布置形式由于比賽規(guī)則規(guī)定參賽車(chē)輛必須是三輪及三輪以上，綜合考慮了其耗油量，駕駛安全性，行駛穩(wěn)定性以及大賽要求之后，我們選擇比賽中最常見(jiàn)的前兩輪后一輪的布置形式。同時(shí)由于該方案采用的是后一輪驅(qū)動(dòng)，因此就可以直接省去了差速器和驅(qū)動(dòng)半軸等結(jié)構(gòu)，大大降低了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度。2車(chē)架的結(jié)構(gòu)與材料在車(chē)架的結(jié)構(gòu)和材料的確定中應(yīng)該同時(shí)考慮到小巧、輕便、結(jié)實(shí)、安全、價(jià)格等因素。車(chē)架的質(zhì)量在一定程度上直接影響到油耗。而且所選材料以及結(jié)構(gòu)的合理性對(duì)車(chē)輛的安全性也有著很大的影響。綜合考慮下，選擇鋁合金

7、梯形結(jié)構(gòu)車(chē)架還是比較合適的。因?yàn)殇X合金密度比鋼材小得多，相同體積下質(zhì)量比較小，鋁合金材料的加工很方便同時(shí)鋁合金的價(jià)格相對(duì)于鎂合金，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料等一些高級(jí)材料來(lái)說(shuō)也有著很大的優(yōu)勢(shì)。3 驅(qū)動(dòng)方案確定因?yàn)榍懊娌扇〉氖乔皟奢喓笠惠喌牟贾眯问剑则?qū)動(dòng)方案選擇后輪驅(qū)動(dòng)，這樣就簡(jiǎn)便了機(jī)構(gòu)。節(jié)能車(chē)需要盡量減少重量，發(fā)動(dòng)機(jī)上多余的部件都可以除去，所以，應(yīng)當(dāng)把發(fā)動(dòng)機(jī)上的一檔、二檔、三檔都拆掉，只留下空擋和最高檔以減輕重量。4 車(chē)輪的選擇節(jié)能車(chē)比的就是耗油量，所以對(duì)直接關(guān)系到滾動(dòng)阻力和行駛平穩(wěn)性的車(chē)輪也是很重要的一環(huán)。因?yàn)閲?guó)內(nèi)還沒(méi)有節(jié)能車(chē)專(zhuān)用車(chē)輪，我們選擇20英寸的自行車(chē)專(zhuān)用輪。需要注意的一點(diǎn)就是在節(jié)能車(chē)轉(zhuǎn)

8、彎時(shí)車(chē)軸和車(chē)輪還受到了側(cè)向力的作用，因此車(chē)輪和車(chē)軸的接觸點(diǎn)輪轂，為減少摩擦使車(chē)輪平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，不能使用自行車(chē)專(zhuān)用軸承，而要加裝機(jī)械用的滾珠軸承來(lái)增大強(qiáng)度。并且所選車(chē)輪的車(chē)軸也必須要有足夠的強(qiáng)度。為減少輪胎接地面積以減少滾動(dòng)阻力，三個(gè)輪胎均使用高氣壓輪胎。車(chē)輪安裝定位，采用主銷(xiāo)后傾角，相對(duì)于自行車(chē)主銷(xiāo)后傾角的22度和汽車(chē)的2，3度，節(jié)能車(chē)既是前兩輪，同時(shí)又比汽車(chē)窄的多，縱向力小得多，所以可以定為10度。前輪外傾角基本可以設(shè)為0度，節(jié)能車(chē)既不前束也不后束。5 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的確定應(yīng)該綜合考慮車(chē)輛的結(jié)構(gòu)形式，而且因?yàn)樗O(shè)計(jì)車(chē)輛為專(zhuān)用比賽車(chē)輛，還應(yīng)該考慮到場(chǎng)地因素。為了保證足夠的轉(zhuǎn)向能力和轉(zhuǎn)向安全性，選

9、擇了阿卡曼整體式梯形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向裝置。其原理是轉(zhuǎn)向橫拉桿的長(zhǎng)度比前軸短，形成梯形結(jié)構(gòu)，這樣，在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)向角度就會(huì)略大于外側(cè)輪的轉(zhuǎn)向角度，且前輪的轉(zhuǎn)角中心落在后軸軸線的延長(zhǎng)線上。具體結(jié)構(gòu)尺寸還得到建模實(shí)驗(yàn)時(shí)具體討論。在確定轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的位置時(shí)首先得考慮駕駛員的駕駛姿勢(shì)，然后確定轉(zhuǎn)向手柄的形式和位置。再者，節(jié)能車(chē)是輕型車(chē)，滿載和空載時(shí)情況很不同，車(chē)架和轉(zhuǎn)向系的變形也是無(wú)法預(yù)知的，于是需要梯形橫拉桿和轉(zhuǎn)向臂的相對(duì)位置是可以調(diào)節(jié)的。6 車(chē)身的設(shè)計(jì)在汽車(chē)行駛過(guò)程中，總共有滾動(dòng)阻力，空氣阻力和加速阻力。其中空氣阻力占相當(dāng)大的部分。合理有效的車(chē)身設(shè)計(jì)可以有效地降低空氣阻力，減少耗油量。四重要結(jié)構(gòu)車(chē)身

10、1車(chē)身外形與空氣動(dòng)力學(xué)特性的關(guān)系汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)是研究汽車(chē)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(chē)各種性能影響的一門(mén)學(xué)科。汽車(chē)空氣動(dòng)力特性是汽車(chē)的重要特性之一，它直接影響汽車(chē)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(chē)，是提高汽車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的重要途徑，而高速汽車(chē)的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性是汽車(chē)高速、安全行駛的前提條件。整體思路：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(chē)身部件，有力、光滑、緊湊的曲線表現(xiàn)出汽車(chē)健美的運(yùn)動(dòng)氣質(zhì)，賽車(chē)具備了優(yōu)良流線形的條件，更有利于節(jié)能。車(chē)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(lèi)游動(dòng)時(shí)優(yōu)雅的姿態(tài)

11、，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(chē)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(chē)身的原始形態(tài)。這種設(shè)計(jì)類(lèi)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(chē)的車(chē)身外形。2詳細(xì)設(shè)計(jì)思路： 前段外形：對(duì)于節(jié)能車(chē)的構(gòu)造而言，車(chē)頭（車(chē)身前段）是與空氣阻力接觸最早的部位，也是影響車(chē)

12、體氣動(dòng)性能的關(guān)鍵部位。當(dāng)車(chē)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(chē)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(chē)身側(cè)面的流動(dòng)有很大影響，是使CD增大的重要因素。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(chē)身前端將會(huì)盡可能壓低，符合氣流的

13、運(yùn)動(dòng)流線，將車(chē)頭部分的CD減少多一些。車(chē)身側(cè)面：車(chē)身側(cè)面的棱角對(duì)流向車(chē)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(chē)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(chē)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

14、小渦流區(qū)，降低CD值。車(chē)身底部：離地間隙的影響汽車(chē)在行駛時(shí)，由于空氣的粘性作用，在汽車(chē)底面將產(chǎn)生邊界層。隨著氣流向車(chē)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(chē)底面與地面之間的空氣有可能被帶動(dòng)隨汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)身上表面，這增大了汽車(chē)上表面的氣流流速，使壓力降低，導(dǎo)致汽車(chē)的阻力和升力增大。但如果將汽車(chē)底部表面做成平滑的外形，就可以使車(chē)身下表面的

15、摩擦損失降低，從而降低阻力。當(dāng)離地間隙增加時(shí)，車(chē)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(chē)身離地間隙在車(chē)身負(fù)載下為26mm，這個(gè)數(shù)據(jù)既可以保證車(chē)身的平穩(wěn)可靠，也可以降低風(fēng)阻，減小升力。整流罩： 車(chē)身的上部是挖空的，供駕駛者操作車(chē)輛，但車(chē)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(chē)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

16、，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。車(chē)尾：車(chē)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)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 =10º-20º時(shí)，CD出現(xiàn)最小值，當(dāng)RW =30º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R

17、C =10º20º時(shí)，CD出現(xiàn)極小值，當(dāng)RC =30º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30º時(shí)的臨界角消失了。研究表明：在任何情況下，車(chē)身前端的傾斜角度都是CD的決定因素，當(dāng)前車(chē)身小于20º時(shí)氣流在車(chē)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20º-30º時(shí)，氣流雖然會(huì)在前端面分離，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。

18、以上就是對(duì)車(chē)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(chē)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。3材料對(duì)車(chē)身輕量化工程的影響整體思路：車(chē)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(lèi)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)構(gòu)設(shè)計(jì)，使材料發(fā)揮最大效益而不增加車(chē)身重量，從而實(shí)現(xiàn)輕量化的設(shè)計(jì)。在對(duì)車(chē)身材料進(jìn)行選擇的同時(shí)，結(jié)合節(jié)能車(chē)所處于的行駛條件以及近幾年參賽車(chē)輛所選取的材料來(lái)看，使用玻璃鋼

19、（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)，F(xiàn)RP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(chē)身的材料。玻璃鋼（FRP）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(shù)脂與酚醛樹(shù)脂基體。質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，機(jī)械強(qiáng)度高，耐腐蝕?？梢源驿摬闹圃鞕C(jī)器零件和汽車(chē)、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(shù)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

20、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(shù)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，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(shù)脂作粘結(jié)劑的增強(qiáng)塑料，國(guó)外稱(chēng)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

21、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。 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。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(lèi)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

22、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/（m·h·K），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?xún)?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

23、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。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(lèi)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(chēng)石墨纖維。性能特點(diǎn)：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。

24、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 用作絕熱保溫材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為增強(qiáng)材料加入到樹(shù)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(chē)、體育器材、工業(yè)機(jī)器人、汽車(chē)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)?。并且，采用碳纖維作為汽車(chē)車(chē)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。五總結(jié)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(chē)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