王运辉，罗茂康，莫贵文

（湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司，广西 柳州 545000）

引言

碳纤维复合材料的力学性能较好，强度比普通钢大5～7倍左右、模量比普通钢大3～4 倍左右，具有抗冲击性好、耐腐蚀性强、密度低等优点。汽车轻量化需求使得碳纤维复合材料在汽车领域的应用日趋广泛。

本文以某车型的发动机罩为研究对象，提出选用碳纤维复合材料替代传统钢材的方案，通过Isight 多学科优化软件集成发罩多个性能对碳纤维材料铺层方向及顺序进行DOE试验设计，确定了最优铺层方案，而且各项性能指标均远远优于钢材，同时实现了减重44%的目标。这不仅验证了碳纤维材料替换的可行性，也为后续轻量化材料的推广和应用提供了参考方向。

1 有限元模型建立

在三维制图软件UG 中建立CAD 模型，将模型导入Hypermesh 前处理软件进行有限元网格划分，发罩内外板采用壳体单元，网格大小8 mm，铰链及锁扣采用六面体实体单元，并对各部件赋予材料与属性，如图1 所示。

图1 发罩有限元模型及法向

发罩内外板采用碳纤维复合材料构成，所选材料为CFP-UD200，具体材料参数如表1 所示。为达到减重44%的目标，碳纤维铺层数量为9 层，每层0.18 mm，如表2 所示。

表1 CFP-UD200 材料参数

表2 铺层层数选择

铺层方向包括0 °、45 °、90 °、－45 °，可在HyperLaminate界面进行铺层参数设置，如图2 所示。

图2 碳纤维铺层参数设计

2 Isight 搭建DOE 流程

2.1 全因子DOE 实验设计

DOE 实验设计是一种安排实验和分析实验数据的数理统计方法。全因子实验设计是指所有因子所有水平的所有组合都至少进行一次实验的设计，它的优点是可以估计出所有主效应和所有各阶交互效应[1]。……