國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)
研究意義
目前在汔車的減重輕量化方面，部分結(jié)構(gòu)的優(yōu)化已趨近完善，需要尋找新型的材料，碳纖維具時(shí)質(zhì)量輕、有耐高溫、耐摩擦等優(yōu)點(diǎn)，且碳纖維復(fù)合材料作為新型材料，具有高的比強(qiáng)度、比模量、耐疲勞、抗拉強(qiáng)度。因此碳纖維材料無疑成為了很好的替代材料 。碳纖維材料在汽車上應(yīng)用也非常廣泛。而碳纖維材料在方程式賽車上的應(yīng)用沒有很好的系統(tǒng)的理論。而碳纖維的應(yīng)用將會(huì)賽車輕量化有很大的幫助。
國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.載荷分析
載荷分析有三種方法，其一是通過公式和半經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算出桿件在各和工況下的所受到的力，這類方法得出的是理論值 ，這種一般是半經(jīng)驗(yàn)半公式，的出的結(jié)果誤差較大。
其二是通過有限元分析，施加條件得出的是比較接近實(shí)際的理論值。有限元法在汽車懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度分析中應(yīng)用廣泛，但大多僅針對單個(gè)零件進(jìn)行強(qiáng)度校核，由于系統(tǒng)各部件間是運(yùn)動(dòng)關(guān)系，載荷及邊界條件難以精確確定，對計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響。
其三是在各桿件上裝上傳感器，可以知道桿件實(shí)際所受的力，這是最好的的方法，國內(nèi)頂尖大學(xué)車隊(duì)都會(huì)裝上了傳感器，比如同濟(jì)大學(xué)，他們在桿件上裝了應(yīng)變片傳感器。
2.碳纖維應(yīng)用在汽車上的應(yīng)用
碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料用于汽車部件上不僅可以實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，而且在安全性與乘用舒適性等方面也有很大提高，因此越來越受到汽車工業(yè)的重視，很多汽車制造商生產(chǎn)的高檔、豪華轎車（如通用、寶馬、大眾、奔馳、福特、奧迪、本田、日產(chǎn)等）幾乎都開始試用或已經(jīng)采用了各種碳纖維復(fù)合材 料 。
碳纖維及其復(fù)合材料是支撐國家高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵材料，經(jīng)過40多年的積累與發(fā)展，我國碳纖維及其復(fù)合材料研發(fā)擁有眾多突破性進(jìn)展，但在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用還遠(yuǎn)落后于航空航天和其他工業(yè)領(lǐng) 域 。因此有必要分析碳纖維復(fù)合材料在我國汽車工業(yè)應(yīng)用中存在的問題，提出合理的發(fā)展對策，以適應(yīng)汽車工業(yè)對材料發(fā)展的迫切需求。
目前我國車用碳纖維復(fù)合材料存在的問題主要有：一是國產(chǎn)碳纖維基礎(chǔ)研究工作薄弱造成原絲質(zhì)量不高、性能不穩(wěn)定、產(chǎn)品規(guī)格和品種少、價(jià)格高、難以進(jìn)行表面處理，目前還無法大批量生產(chǎn)。二是樹脂基體的性能和質(zhì)量不高、產(chǎn)品系列不全，產(chǎn)業(yè)規(guī)模較 小 。三是碳纖維的高價(jià)格、低產(chǎn)量和樹脂基體的小規(guī)模生產(chǎn)導(dǎo)致了碳纖維復(fù)合材料的價(jià)格比較高，從而部件制品的成本也較高。四是連接困難。碳纖維復(fù)合材料與金屬部件的連接以及碳纖維復(fù)合材料部件間的連接，可以用機(jī)械連接、黏接或者兩者并 用 。僅靠黏接很難滿足功能件的連接需求，采用機(jī)械連接（螺栓連接或鉚接）又會(huì)影響制品的強(qiáng)度。五是回收利用難。目前國外有很多碳纖維復(fù)合材料的回收利用技術(shù)，如粉碎回填法、焚燒能量回收法和纖維分離法 等 ，但在我國還沒有大規(guī)模回收利用的成熟案例。
1980年由麥克勞倫車隊(duì)首先將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于底盤，該底盤發(fā)其優(yōu)異的機(jī)械性能、自重輕、修補(bǔ)高效和方便獲得了廣泛認(rèn)同。目前F1的賽車除了變速箱、剎車等，85%的體積和30%的質(zhì)量都是碳纖維復(fù)合材料 。并且碳纖維復(fù)合材料能量吸收的特點(diǎn)很大提高了賽車的安全性。
在國內(nèi)的大學(xué)生方程式汽車大賽上也將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于賽車上，如：單體殼、懸架各桿件，轉(zhuǎn)向拉桿，方向盤、半軸、進(jìn)氣系統(tǒng)、輪輞、空氣動(dòng)力套件等，在懸架轉(zhuǎn)向等方面，已有很多的車隊(duì)?wèi)?yīng)用了部分零部件或者整個(gè)懸架 。在這方面國內(nèi)發(fā)展雖相對落后于國外的水平，但國內(nèi)的發(fā)展速度也是比較快的，很多大學(xué)都積累了不少的理論知識和經(jīng)驗(yàn)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）方程式賽車隊(duì)在這方面是走在了國內(nèi)高校的前列。
3.膠粘技術(shù)
Petrie EM 指出增大粘接體表面粗糙度能有效提高接頭粘接強(qiáng)度；然而Couvrat P 認(rèn)為較高的粗糙度會(huì)引起膠粘劑浸潤不充分，粘接表面容易產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致膠接接頭的粘接強(qiáng)度降低。Julian Narbon 等 利用磨床、砂紙和機(jī)械拋光等方法對搭接接頭的表面進(jìn)行處理，獲得具有不同光潔度的接頭表面，粗糙度范圍為 0.08-6.7 m ，然后通過實(shí)驗(yàn)研究搭接件的拉伸剪切強(qiáng)度，結(jié)果表明：接頭表面粗糙度在一定范圍內(nèi)能有效
提高膠接接頭的粘接強(qiáng)度，但當(dāng)粗糙度超過該范圍后接頭的粘接強(qiáng)度降低，因?yàn)榻?jīng)砂紙
打磨的接頭表面粗糙度較小能產(chǎn)生較好的潤濕性，而磨床機(jī)加表面雖然有較好的機(jī)械自鎖效果但潤濕性很差，導(dǎo)致接頭的承載力大大降低。
E Kara 等 對比分析了粘接長度分別為 30、40、50mm 對粘接強(qiáng)度和耐疲勞性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：搭接長度能增加接頭靜載強(qiáng)度但其疲勞壽命縮短。Jae-Hyun Park 等同樣對搭接長度對接頭粘接強(qiáng)度的影響進(jìn)行了研究，得到了如上相同的結(jié)論。
我國環(huán)氧樹脂膠粘劑是從上世紀(jì)50年代末開發(fā)研制的。經(jīng)過40多年的發(fā)展,特別是改革開放以來,隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,環(huán)氧膠粘劑產(chǎn)量和消費(fèi)量逐年遞增  。目前我國大陸地區(qū)從事環(huán)氧樹脂膠粘劑研發(fā)生產(chǎn)的科研單位和公司有:天津合成材料工業(yè)研究所、黑龍江省石油化學(xué)所、上海合成樹脂研究所、中科院北京化學(xué)所、大連化物所、晨光化工研究院、北京航空材料所、北京天山新材料公司、天津三友高分子技術(shù)公司、上?？颠_(dá)膠粘劑有限公司、上海回天和浙江金鵬化工股份有限公司等單位 。雖然在某些方面和國際上的一些前沿的技術(shù)有些差距，在總的方面來說差距并不是很大。
我國的膠粘技術(shù)發(fā)展有三四十年了，對膠粘的表面處理、固化工藝、端部膠瘤、膠粘長度，膠層厚度等都有了很深的研究，膠接頭應(yīng)力解析模型的研究也有了比較深層次的分析 。
碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于方程式賽車上已經(jīng)是一種發(fā)展方向，一些沒有應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料的車隊(duì)也已開始做進(jìn)行嘗試，困此做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析和優(yōu)化顯得尤為重要。
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