[发明专利]一种复合材料汽车B柱的设计方法

权利要求书

1.一种复合材料汽车B柱的设计方法，其特征在于，具体步骤包括：

（100）、B柱结构设计：将B柱结构设计为金属-碳纤维复合材料的复合B柱结构；

（200）、B柱铺层设计；

（300）、强度设计：参考已设计模型及铺层，运用ABAQUS进行仿真设计，有限元计算，包括建立网格模型，定义材料与截面属性，边界条件及载荷；分析对比三种模型计算结果，针对结果进行再设计。

2.根据权利要求1所述的复合材料汽车B柱的设计方法，其特征在于，所述步骤（100）包括：

（110）、B柱结构包括金属B柱主体和复合材料B柱加强板，根据金属B柱模型以及尺寸、外观、性能、材料要求，定义复合材料B柱加强板厚度，复合材料B柱加强板边界位置；

（120）、根据现有模压工艺，规定复合材料B柱加强板的相关重要尺寸大小，限定复合材料B柱加强板孔边距离金属B柱本体的尺寸，胶层边距离金属B柱本体的孔的尺寸。

3.根据权利要求2所述的复合材料汽车B柱的设计方法，其特征在于，所述金属B柱主体和所述复合材料B柱加强板通过胶层连接，所述金属B柱主体为高强钢B柱主体，所述复合材料B柱加强板为碳纤维增强树脂基复合材料B柱加强板。

4.根据权利要求2所述的复合材料汽车B柱的设计方法，其特征在于，步骤（110）中定义复合材料B柱加强板为厚度3.9mm；步骤（120）中限定复合材料B柱加强板孔边距离金属B柱本体4mm，胶层边距离金属B柱本体的孔2mm。

5.根据权利要求1所述的复合材料汽车B柱的设计方法，其特征在于，所述步骤（300）包括：

（310）、网格模型建立：分别对金属B柱主体和复合材料B柱加强板划分网格，形成有限元网格模型；

（320）、根据材料与截面属性建立模型；

（330）、边界条件及载荷：在B柱产品上施加两个工况，分别为：a、轴向压缩工况； b 、准静态三点弯曲工况；

（340）仿真结果计算：

（341）、轴向压缩仿真结果计算：轴向压缩采用显示动力学算法来模拟准静态过程；

（342）、准静态三点弯曲仿真结果计算：准静态三点弯曲仿真同样采用显示动力学算法来进行模拟改工况。

6.根据权利要求5所述的复合材料汽车B柱的设计方法，其特征在于，步骤（320）中，共分析三种模型：

HC420LA模型：1.5mm等厚截面金属模型，材料HC420LA；

B1500HS模型：1.2-1.4mm不等厚截面金属模型，材料B1500HS；

复合CFRP-金属B柱模型。

7.根据权利要求5所述的复合材料汽车B柱的设计方法，其特征在于，所述步骤（330）中：a、轴向压缩工况，首先约束复合B柱加强板的下端6个自由度，再约束其上端的5个自由度，释放Z向平动自由度，在其上端下施加40mm位移。

8.根据权利要求5所述的复合材料汽车B柱的设计方法，其特征在于，所述步骤（330）中：b 、准静态三点弯曲工况，首先约束复合B柱加强板的两端，共计9个自由度，再以直径120mm刚性圆柱体沿Y对复合B柱进行挤压，挤压位置在1/2处靠下，加载行程100mm。

9.根据权利要求7所述的复合材料汽车B柱的设计方法，其特征在于，所述步骤（341）中仿真结果如下：纯金属B柱加强板模型在压缩量达到13.7mm时，反力达到最大值28.9kN；复合CFRP-金属B柱加强板模型在压缩量达到13mm时，反力达到最大值43.7kN。

10.根据权利要求8所述的复合材料汽车B柱的设计方法，其特征在于，所述步骤（342）中仿真结果如下：对于金属B柱加强板模型，侵入量达到37mm时，仿真计算得到的反力的最大值为41.5kN；对于混合CFRP-金属B柱加强板模型，侵入量达到36mm时，在有限元仿真计算得到的反力最大值为51.4kN。