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1、FSAE赛车单体壳简介大家好，我是杨昌龙。我来自哈尔滨工业大学（威海），09年末组建了哈 工大的HRT车队并一直在车队工作，经历了 3届比赛，见证了 3辆赛车的诞生。 现在离开车队来到日本1个多月了，有些怀恋那些为梦想而奋斗的日子。现在有 些时间，而且牛蛙也各种催稿，所以写下这篇文章。HRT车队在2011年开始设 计制造单体壳，今年HRT12赛车的单体壳重约19kg （包括前环），基本接近FSAE 的先进水平。作为先行者，现在请容许我为大家稍稍介绍一下单体壳吧。由于篇 幅较大，所以这篇文章将会作为连载来“放送”。图0.陪我走过三年的赛车们简介单体壳 Monocoque （/1 mnokkor
2、/1 mnokok）,想必这个词在赛车和超跑 领域不知被提起过多少次了，但是它到底是什么意思呢，有什么优缺点，怎么把它做出来呢？或许很多人没有答案。Monocoque,是一种结构技术。它通过一个物体的表面来承载，而不是使用内部 框架来承载。Mono来源于希腊,指单一的意思。COqUe是来源于法语,壳的意思。所以monocoque 就算是承载式车身的一种。但现代大多数乘用车的白车身，并不是完整意义上的 单体壳，而是箱体、管件和舱壁的组合，并不强调表面的刚度和强度，主要通过 凹凸形成的箱体和管件来承载。另外，对于单体壳，大家可以参考看一下鸟蛋， 这是一个完美的“单体壳”。历史单体壳最早起源于船和飞
3、机。早期的飞机使用内部框架，再在外表蒙皮形成一个 光滑封闭的外表，但是外表仅仅是减少阻力而不承载载荷，所以重量并不理想。 在将二者功能整合以减重的思想下，单体壳开始应用于飞机，效果明显，没过多 久各个公司都开始应用单体壳技术。图1 DePerdUSSin Monocoquel912年出现的单体壳飞机。1962年的参加Fl赛事的LOtUS 25就采用了单体壳，虽然它并不是赛车领域的第 一个单体壳，但是这是单体壳第一次出现在Fl赛事并广为大家所知，同时也可 以算是现代汽车单体壳的开山鼻祖。这次尝试可以说是获得了极大的成功，这辆 赛车拥有更小的前视面积、更轻的重量、更大的扭转刚度、更大的驾驶舱空间，
4、 62年这个赛季中赢得了 10站比赛的7站。图2 Lotus 25的单体壳图3 LOtUS 25赛车经过多年发展，赛车的单体也从金属单体壳发张到了复合材料单体壳，越来越轻 越来越硬。FSAE界的单体壳也绝大多数是碳纤维增强树脂(CarbOrl Fibre Reinforced Plastic (CFRP) 简称碳纤维的单体壳，金属单体壳仅有英国 的Oxford Brookes University近几年的赛车，它使用的是铝合金来制造单体壳。 另外在超跑和赛车领域，也几乎都是碳纤维单体壳。而我们车队制作的单体壳也 是碳纤维单体壳，因此这篇文章我们仅仅讨论碳纤维单体壳。图4 Oxford Broo
5、kes Racing 2012赛季的赛车ISISI2使用的就是铝合金单体壳单体壳的优点 为什么赛车和跑车使用单体壳呢？当然是要比较它的优缺点之后，对比各项数据 才会做出这样的选择。除了上一节所说的优势以外，我们以FSAE赛场的单体壳 和钢管车架对比来详细论述。1 .重量在FSAE界内，据我所知，当然这不是太全面，一般最优秀的单体壳，包含所有 防滚架和安装支座能做到17、8kg左右，而最优秀的钢管车架包含所有支架的话 大约25、6kgo不仅如此，单体壳同时还将大部分面积密封起来，相对于钢管还 节省了约一半的覆盖件。所以，单体壳对于FSAE来说直接减少了至少IOkg。2 .扭转刚度钢管车架，一般也
6、称之为空间绮架结构(SPaCeFrame Structure),每一根管子 可以简化为线体；而单体壳，顾名思义，是一个半封闭的壳，可以简化为面体, 因此单体壳有着先天的惯性矩上的极大优势，所以可以使车身的扭转刚度直接翻 几番。FSAE的全单体壳赛车基本都拥有4000NM以上的扭转刚度，例如去年日本 上智大学的SRlO赛车的单体壳就拥有傲人的8956NMdeg的扭转刚度，虽然 22.7kg有一点点重。图5上智大学SRIo的单体壳有很高的扭转刚度3 .整合度这里将上面说的驾驶舱空间和前视面积不再详细叙述，而突出整合度。因为FSAE 规则所特有的、远大于实际车手所需空间的驾驶舱空间模板规定，所以基本
7、大家 都会按照规则的要求来设计赛车的驾驶舱空间，所以单体壳没有空间这块的优势 了。由于钢管车架几乎是直线构成所需结构，所以设计灵活度不高使得空间利用 不是太好，同时在钢管之外再套一层覆盖件,所以使得钢管车身的前视面积稍大， 但是模板本身就很大，所以前视面积的优势也不是太明显。不过由于单体壳空间 利用率高，同时作为一个面，只要接近这个面就容易安装部件，而钢管车架必须 接近一根管件才易安装，有时候甚至为了安装某个部件而需要单独增加一个管件。 另外单体壳还将部分覆盖件包含在内，所以减少了零部件、简化了安装，使得赛 车的整合度很高。4 .安全这是非常重要的一点，不仅对于FSAE,尤其对于其他非Time
8、 Trial的赛车来说， 这就更加重要，一起比拼时发生事故的概率更高。单体壳相比钢管车架来说，有 更高的强度，能保证在高速碰撞的时候为车手提供足够的SafetyCage。诚然可 能你的赛车是单体壳的，安全，但是真正的安全是意识，是操作，是充分的准备。赛车不是速度第一，成绩第一，甚至友谊也不是第一，记住，安全第一！ ！ ！图6有时候危险离你并不远，安全第一!单体壳的缺点好了，我们说完了优点，再来说说缺点，是什么造成单体壳没有那么广泛的使用 呢。1. 成本这个说来话长了，单体壳的原材料贵，首先碳纤维贵。我们来举个例子，乘用车 -一般经过炼钢、轧钢、冲裁和冲压、组装焊接就能得到需要的车身。而单体壳,
9、 主要是由碳纤维构成，制造碳纤维丝，织布，浸入树脂（预浸布，Prepreg）, 裁剪碳布，铺层，固化等等步骤才能得到，另外预浸布保存困难，需要低温保存， 如果30度的室温保存的话连30天都撑不过去。第二点是成型需要昂贵的专门模 具，而且需要阴模，这就需要先制作阳模再翻阴模，或者直接制作成本更高、更 复杂的阴模。然后是需要大量人工去裁剪、铺层，除非类似于波音、空客等世界 一流且复合材料使用量巨大的企业才会有机械铺层设备。最后是需要复杂的固化 设备和大量的耗材，保存时需要在碳纤维布的两侧都附上保护膜，然后需要专门 设备抽真空、加温加压，同时固化的时候，需要真空袋、密封条、通气毛毡、隔 离膜等耗材。
10、最后总结下来就是碳纤维单体壳原材料价格高昂，成型工艺复杂， 需要专门模具，需要大量人工，边角废料多，需要大量耗材，需要专门固化设备 等。因为我们HRT车队的单体壳是在赞助商光威复合材料、民世达纸业、山川复 合材料等等企业的帮助之下制作出来的，我想大部分其他FSAE车队也有赞助商 的帮助才能完成单体壳的制作。所以我并不太清楚实际花费或者说市场价格，但 是赞助商的员工有说过如果这个单体壳是完全购买的话，他们公司可能会开价 20万人民币，但这只是个猜测，没有住够的说服力。0K,单体壳成本到底有多 高，我们来用Cornell University 2011年的成本模板来看看。单体壳的成本总 共为693
11、7. 79美元。然后，成本表上的成本可以认为是零售价的一半，比如采购 件就直接按零售价的50%i,虽然标准件和自制件是按公式或者填表来计算的， 但是这个规律基本好使，因为还有其他消耗和利润呢。好了，那6937. 79*2=13874. 58美元，现在汇率大概是6. 2左右，所以零售市场大概需要 86000人民币才能买到一个小小的半单体壳，当然这还是要在量产的情况下。图7八万六人民币才能买到这个CornelI的单体壳UniversityCornell UniversitySystemFrame and BodyAssemblyMonocoqueP/N BaseAO1SuffixAADetails
12、PartPart CostQuantitySub TotalMonocoque Laminate$6,829.471.$6,829.47Front Roll Hoop$16.041.$16.04Insert$92.281.$92.28Sidepod$441.212.$882.42Sub Total$7,820.21图8 Cornell的单体壳成本表若一个参加FSAE的车队要做单体壳，但是没有企业给赞助，那么大概要花费多 少呢？我们还是通过这个成本表来看吧，首先，单体壳的人工成本是没有了的， 大家是免费劳力。然后模具需要单独来计算，因为成本表中是一个模具重复使用 120次。除去劳动力和模具之后的
13、成本是3205. 17美元，但是这其中是恰好的统 计，所以其实老美写成本也有钻空子，因为就我们来说原材料基本会浪费掉大约 30%,边角废料也很可观，所以至少需要4578. 81*2=9157. 62美元的原材料，大 约是56777. 3元人民币。一般需要进两次固化炉，而固化炉没赞助的话不仅很难 找、可能不让用、而且还要钱，按成本表来看，一次119. 19美元，那么大约会 花费3000元人民币，在成本表中固化耗材包含在内了，但是国内可能没有这么 好心的企业，所以这块其实是相对乐观的计算了。然后是模具了，如果是多次使 用的模具,48600美元的模具成本还算比较合理,基本不需要乘以2来当零售价， 因
14、为根本没有零售模具，哈哈。若做一个不太耐用的模具，而且自己负责人工的 话，那么这个价格的五分之一到六分之一比较合理，我们的模具也差不多花费了 这么多吧。这么最后根据Cornell的成本表在没有赞助的情况下最乐观的估算是 需要12万人民币才能制作单体壳，而且是所有人工自己负责，没有运费税费等 等的负担，而钢管车架的成本远远小于这个数字，所以单体壳的成本是第一大难 点。因为模具相对贵，所以即使世界顶尖的FSAE车队也尽量将一款模具连续使 用好几年。这里有好长的论述啊，不过想必大家也都明白这玩意为什么这么贵了 吧，超跑一个单体壳要价百万也并不过分。2.设计复杂碳纤维作为复合材料的典型代表，其特性和机
15、械常用的金属材料有着本质的区别。 金属材料是各项同性材料，而碳纤维则是典型的各项异性材料。可能有些人第一 次听说这两个词，我先浅显的说说，详细大家去自学吧。各向同性就是他的性能强度、刚度、泊松比等等一一对于任意一个方向都是一样的。各向异性就是 不同方向这个材料表现出不同的性能，碳纤维是正交各向异性，顺着纤维厉害， 而其他方向就不好，也就是它在XYZ三个方向的性能是不一样的，这样比如刚度 的常见2个参数一一杨氏模量、泊松比（还有个剪切模量，不过可以通过前两个 计算出来），变成了 9个参数，杨氏模量、泊松比、剪切模量各三个。同时，它 的强度，也就是破坏形式更加复杂：对冲击的敏感，特别是低速冲击很敏
16、感；损 伤扩展不明显，然后“突然死亡”，根本没有材料的屈服阶段来给大家警示；最 过分的就是竟然出现了静强度和疲劳强度的分散性均高于金属，特别是疲劳强度 尤为突出，也就是同一批一模一样的产品，有些500Mpa坏，而有些300Mpa就坏。3 .加工要求高单体壳的加工要求是离奇的高，而且加工的战线会拉得很长，我们的单体壳大约 7、8人一直铺层，铺了约两周，中间很容易犯下一些错误如混入杂质、忘揭保 护膜、铺层不密实等等，可能某一个错误就要了这个单体壳的命。而且铺层的时 候，会进行区域分割，然后两个块重叠铺层，这里就会和计算略有区别。另外, 如果不是使用预浸布，而是使用湿式成型（将会在连载第三篇介绍）的
17、话，那么 树脂和纤维的比例、每一层的厚度都是不太可以控制的，那么重量、厚度、刚度、 强度都直接和计算不一样了，生产质量控制更难。4 .修复困难单体壳修复是非常困难的，内部断裂的碳纤维不可能接起来，层间树脂脱层也不 能再次粘接。维修一般都是外部再补强，而如果变形了则完全不能维修。比如大 家的赛车装到墙上了，前部变形，那么钢管把变形的部分切掉，重新焊接一部分 就能修好。但是如果单体壳撞到墙上，有裂纹还能修，再补几层碳纤维，但如果 变形了，OK,肯定报废。5 .寿命短 碳纤维作为一种不活泼的纯净物，寿命是没啥问题的。但是！基 体一一树脂，却是一个寿命很短的玩意。在热、水、光的作用下，会逐渐老化、 发
18、黄、发脆、龟裂甚至剥落。同时，如果是常见的碳纤维和铝蜂窝的组合，还会 有电位差产生电腐蚀，如果进水了会很快腐蚀。所以如果条件苛刻、使用不当， 可能不到三年，单体壳就会变得比较危险。图9法拉利F399在LagUna SeCa断成了两半，单体壳寿命并不是太理想6 .不可回收现在是一个讲究环保的社会,汽车报废之后一般都是拆解回收,炼钢炼铝什么的。 但是碳纤维却是不可回收、不可焚烧、不可分解的东西，所以如果大量使用碳纤 维，肯定就是黑色污染。综上所述这么多，大家基本就知道了单体壳这个东西，又贵又好又麻烦又短命, 所以当之无愧的作为高端的象征应用于跑车和赛车领域。FSAE赛车单体壳简介（二）大家好，我是
19、杨昌龙。上次我们说了很多，包括单体壳的优势和劣 势。对于FSAE赛车来说呢，优点总结下来有：重量轻、刚度高、整合性佳、周边设计自由度高、强 度高（安全）。缺点如下：花费高、设计计算难、工艺要求高、维修困难。第二篇我拖了近半年才发表，我实在太懒了，非常抱歉。不过我也有 另一层考量，就是现在中国FSAE圈子跟风和大跃进式思想太严重，拖半年泼泼 冷水，别让太多头脑发热而做单体壳反而最后延误整体进度了。如果大家经过深 思熟虑、克服了重重障碍，开始尝试做单体壳了，肯定是从设计开始，那么我们 今天就从原理和证明来说吧。受力原理FSAE赛车在正常行驶中，车架一方面承受来自车手和发动机等部件 的力，另一方面受
20、到悬架传来的力，同时还有一些例如空气动力、踏板方向盘的 操纵力。在碰撞或翻车时，承受冲击力和惯性力。正常行驶的力的大小可以通过计算得到、通常很小，碰撞或翻车时的 力则因情况不同有千差万别，但是规则委员会（不是在说中国的） j u-u）在制定基准时有考虑足够的安全系数，具体数值可以参考AF规则的 AF4. 1条目结构要求。车架作为受力模型简化时，就把它简化为线框，就是一根一根线相互连接成为一 个受力整体。而单体壳则简化为一系列面，力从面上去传递。我们可以把两种方 式分别看作“笼子”和“盒子”。然后，根据FSAE的规则提到的结构等同的概 念，我们把笼子和盒子的每个面独立出来，然后对比。只要“盒子”
21、的这个面大 于等于“笼子”的对应的面的性能，那么就算符合规则。同时规定了前环必须是 金属管、而主环以及主环斜撑必须是钢管，除它们以外都可以设计为单体壳。接下来，单体壳只要用碳纤维（也可能是金属）做一个壳子就行了 吗？不是的，这是为什么呢，我们接下来讨论。图1规则中出现的侧边防撞结构的示意图例如这个车架的示意图，侧边防撞结构由三根外径25. 4m壁厚L 6mm的钢管构成，当然最上面那一个是在规则之外的。这三根管件和另一边对 称的三根管件一起连接了车辆的前后两部分，正常行驶时传递各种各样的力和力 矩，但这不是我们关心的，我们关心的是碰撞时对人的保护，不然它为什么叫侧 边防撞结构呢。这时我们如果是基
22、础车架，用规则规定的最基础的钢管SAE1010钢制作而成。1010钢假设为：杨氏模量200GPa;屈服强度305MPa； 极限强度365MPa0然后再假设侧边防撞结构长度为50cm。当车侧向撞上障碍物时，三根管受到弯矩，若是均分给三根管的中点 的集中载荷，且假设不考虑Z方向、既和碰撞力同向的应力、变形和屈服等。那么侧边防撞结构的截面弯曲刚度为(J)4- d4)E = E-=511。能承受的最大载荷为lF=3= 293kN 当正面碰撞时，这三根管受压力而屈曲，屈曲临界力为2EIP=-=IOO.87kN 当出现某种比较奇葩的情况时，比如车油底壳被卡住了，赛车前部惯性继 续向前而使它们受到拉力。极限
23、拉力为F = Aa = 130.9AN若我们用一个重量几乎一样、20Omm高1.8mm厚的钢板代替侧边防撞 结构，则它在上述三种情况下的表现如何呢？ 截面弯曲刚度：b2,EI = E-=19A4Nm2 弯曲极限载荷：bh3F=-= 78,84iV 屈曲临界力为：383.73iV2ElP=-T-极限拉力为:F = A = 131.4/cjV由此可见，如果仅仅用块板来作侧边防撞结构是根本不可行的， 那么我们应该怎么办呢。看以上的各个公式我们可以杨氏模量E我们无能为力、 结构这块除了拉力和截面积相关以外都是和惯性矩I相关。钢管的惯性矩远大于 薄板，这主要得益于钢管的中空结构。同时我们看看下面这个例子
24、。40 KN图2 一个典型的悬臂弯曲例子当有纵向对称平面的梁或面体被弯曲的时候产生弯矩和剪力，在每 一个微元上产生了正应力和切应力，它们在垂直截面上的分布如下图。其中,图3横截面上的正应力和切应力的分布6M 2.4 IO8TM=而= F-MPa3F 6 IO4M =2bh = bhMPa可见对于厚度h以毫米为单位记的板子,虽然切应力主要在材料的中 间，但是相比正应力能小很多很多，所以我们把板材的中间用更轻更弱的材料代 替，这就是三明治结构层合板（SarIdWiChLaminate）的由来。三明治结构层合板 由中间的芯材（Core）和两侧的面板（Skin）构成，芯材一般为带孔的低密度、 低刚度、
25、低强度材料，如轻质木材、闭孔的泡沫材料、开孔的瓦楞和蜂窝等等， 芯材主要承受正压应力（OZ）和面外剪切应力（txz、yz）；面板则常为相 对高刚度高强度的材料制作，钢、铝、碳纤维、玻璃钢呃，还有纸，面板主 要承受面内拉压应力（ox、oy） o纸箱就是瓦楞纸和纸蒙皮制成的最常见的三 明治结构。图4三明治层合结构弯曲时正应力分布由此可见三明治结构层合板是提高材料利用率和提高材料刚度比、 强度比的非常有效的手段。在重量几乎不变的情况下，能相对于实心板提升甚至 2个数量级以上，所以赛车的单体壳一定是采用一:明治结构层合板的壳体。Iiiiiiiiiiiiii-T- 2 tRelative Bending
26、 Stiffness7.037Relative Bending Strength3.59.2Relative Weight1.031.06图5不同厚度的强度刚度比上面我们说完了直接碰撞单体壳时一些情况，是受到一个很大的线 载荷或面载荷的时候的例子，但其他情况下，如果正常行驶时，悬架、发动机等 的力是由安装点传递到车身或者车架上的，或者车手的安全带，也由机械固定的 方式传递到单体壳的，基本可以视为一个点载荷。我们看下面的一个例子。图6悬架安装点如图所示，悬架的一个安装点，它会受到XYZ三个方向的力。这个点 载荷被各个钢管承受，大部分被各个钢管分解为拉压力，弯矩并不大，若悬架安 装点放在一根管件的
27、中间，则XYZ其中有两个方向是产生大量弯矩的。大家可以 参考上面的计算，管件能承受很大拉压力但不能承受较大的弯矩。由此可见，设 计合理的钢管车架，无论是哪个方向的力，车架都不会损坏(强度足够)，变形 很小(刚度足够)。而层合板是由薄面板和软芯材的组合，在弯曲的假设的时候我们 忽略了 Z向的刚度强度，所以这就是三明治结构并非最适合多为点载荷的赛车， 而是飞机船舶等主要以面受力的机械结构上的原因。虽然如此，三明治结构的单 体壳还是远优于钢管桁架式的车身。由于工艺原因，一般需要通过一个支架再安 装在壳体上。由于芯材的原因，若直接强行机械安装直接，则会像下图一样产生 芯材破碎(Core Crush),
28、规则(T3. 40. 6 No crushing of the core is permitted)明令禁止，而且此时不仅破坏了原本的结构、预紧力不足，甚至破坏了主要受力 的面板。图7强行安装紧固件会破坏层合结构另一方面，若我们假设支架、紧固件不知怎么的就能把力很好地传递给层合板，那么我们简化一下以二维模型来看，传递Z向力的时候，由于剪 切刚度差距很大，近似等于剪切支架周边的面板。传递X、Y向力的时候，由于 作用点的问题，除了作用于面板的X、Y向的力之外还会产生Z向的力。而由于 面板薄、芯材软，对于Z向的剪切力承受能力有限。图8层合板对于紧固件的受力由于以上两个原因，我们对于层合板的机械安装的
29、位置耍一些小把 戏：在安装孔的周围使用硬质材料代替芯材，使芯材不会被预紧力压溃；同时增 加硬质材料和紧固件的垫片的周长，减小剪切应力不至失效。而这个硬质材力这 就是嵌入件或者镶嵌件(Insert), 一般有两种：前置式，和层合板工固化，我 们常称之为预埋件；后置式，在己制好的层合板上打孔，将嵌入件放入后黏合固 定。具体形式可以各式各样，只要将点载荷适当分散并有效传递给面板即可。ClearMce hole through fittedClearance bote through InaMrveClearance hole throh mcullBlavl hole m filled boneyc
30、ombhoneycomb CeHs pottmg mass)block g (Mttl. ps, wood)hoMou profileCeRS(POttIngaUSS)图9各种各样的形式都能进行机械连接结构等同性的证明然后我们继续看看规则对于单体壳的规定。T3.28 Monocoque General RequirementsAll equivalency calculations must prove equivalency relative to steel grade SAE/AISI 1010.T3. 28.1 Al 1 sections of the rules apply to m
31、onocoque structures except for the following sections which supplement orsupersede other rulesections.T3. 28. 2 Monocoque construction requires an approved Structural Equivalency Spreadsheet, per Section T3. 9. The form must demonstrate that the design is equivalent to a welded frame in terms of ene
32、rgy dissipation, yield and ultimate strengths in bending, buckling and tension.Information must include: material type(s), cloth weights, resin type, fiber orientation, number of layers, core material, and lay-up technique. The 3 point bend test and shear test data and pictures must also be included
33、as per T3. 31 Monocoque Laminate Testing. The Structural Equivalency must address each of the items below. Data from the laminate testing results must be used as the basis for any strength or stiffness calculations. T3. 28. 3 Composite and metallic monocoques have the same requirements.这是摘自2013fsaer
34、ules关于单体壳的规定。显而易见，这个规 定是整个单体壳的根本，我们需要做单体壳，无论是复合材料的还是金属的，在 每个部位的能量耗散、弯曲压缩拉伸的屈服和极限强度都比由SAE1010钢做的车 架更好。我们需要把单体壳的材料、重量、树脂等等细节、一些典型的实验和使 用这些实验结果而作的证明记录在结构等同性表格（SES）中。注意！这是2013 FSAE RUIeS的规定，FS China在现在为止还是和 2010及以前的FSAE RUIeS一样使用无模板的结构等同性报告（SEF）。接下来 我们就通过规则和SES来展开介绍。以下SES的截图均来自哈工大（威海）HRT13 赛车参加FSAE JaPa
35、n时提交的SES。版权所有，抄袭必究。Tube 2B3 13Ei ,rB3 Bg 丁 B3XB3 B3 20 6 93IFgf tm Mr*or 口网。ACCVmIMbVHwdes owyIe Chixtl Gww 4E CharAir For n tn-yw Iaep；P Bt*on fw W: b42 da 9 coreMaCWcvmim won Ct1s一9 ：3 R , 刈 I My gx a X E, 8Nwe Sad must X5 oM%e)3 L J a ICag ECGett gf 3M31 g INaCt SkHse皿 t( 叫 IlVWSfycws f*rr B) X*3
36、 31S 0t l a Sncxe w)t LTX -Id SWiEomtM mm BXWU ” *e m*t *get*rgI 7 W lww图 11 Laminate Test Sheet在计算过程中，很多时候都忽略曲率，这会导致例如图里的B3. 30和B3. 31两项中EI不足，这时需要在后面补充上考虑实际曲率的分析来证明。图 12 Side Impact Struct. Sheet板件的计算证明之外则是安装的证明计算，同样需要实验，以实验 数据为准来计算安装点的强度。除此之外，还需要安全带固定点的实验，且必须 和实际安全带的固定样式一致。图 13 Shear Tests SheetAn
37、ti-eubmentwAHch wttrr “J W：鼠 *G S xmwf Sealed ( SOO ，CMwlCombAd BcH & Ati*submre BeH Attechmeter vj %. .y/ .l ,.35 h f ,Eq ted 3*c ： ltS ,【、 I am1图 14 Harness Attachments Sheet由于整个证明过程有很多地方是非常保守的，例如一个面单独出来，并不 考虑和它相交的其他面对于其德支撑作用，所以满足SES规则的单体壳，刚度强 度比车架会高非常非常多。如果需要优化，也是在SES的基础上，将规则无关的 地方适当扣去减重，其他不足之处做加
38、强。这里说了很多关于原理和如何证明单体壳，这样就引出了我们对于单体壳 设计的初步目标，但是还没有去说如何设计铺层等等，我会在下一次和碳纤维的 简介一起放出FSAE赛车单体壳简介（三）大家好，我是杨昌龙。连载拖了大半年，实在抱歉。现在考试基本搞定那就 恢复连载啦。上次我们说了很多关于计算方面的东西，现在我再和大家说说实物 吧。碳纤维碳纤维本是一种具有很高强度和模量的耐高温纤维，为化纤的高端品种。它 本是为了发明灯泡的时候而制，但最后它没有成为灯丝，而成为了一种理想的承 载结构的一部分。因为碳纤维又轻又坚硬，所以它的用途很广泛。用碳纤维制造 的复合材料轻而且强度高、刚度高，耐高温、防辐射、耐水、耐
39、腐蚀，是一种优 秀的材料。图1碳纤维卷碳纤维由于母材、制法及碳化条件不同，制成的碳纤维机械性能有很大的不 同，目前依机械强度与模数的高低，区分不同等级的碳纤维。记号名称拉伸强度（kgfmmz）（约）拉抻模量（tmn二）（约IoGP, 唉，日本人的奇葩单位）HTS （高强型：通用品）10024UTS （超高强型）500-24 IMS （中模量：/高强型）180-60029-30HMA （高模班型）30035IMS （高模盘/高强度型）350-50010-68表1碳纤维等级同时每一束碳纤维由数千根微小的碳纤维所组成，每一束碳纤维有多少千根 纤维，就将它命名为多少K碳纤维，这是由生产纤维丝的企业所决
40、定的，现在市 面上的碳纤维K数有IK、3K、6K、12K和24K。下面是Toho Tenax的产品性能表。线格延伸更Fie直径定变GradeFilasent CountYieldTensileStrengtdTensileModulusElcngaticnFilasent 9ia.Densitytexkgf. se；M?atf eaGPeCicrcaetere1HTA40IK100067390SSOO242381.67.01.78HTS403K30002004304200242401.87.01.766K60004004304200242401.87.01.7612K1200080043042
41、00242401.87.01.76STS4024K2400016004104000242401.77.01.76UTS5012K120008005004900242402.06.91.8024K2400016005105000242402.16.91.79DtSIO6K60003404804700302961.66.41.7612K12000670480470030295.e6.41.76IXS606K60002055905800302902.06.01.8012K120004105905800302902.05.01.8024K2000830590580C302902.05.01.80HMA
42、3512K12000770330320037(36)36O(M6)0.96.71.78UMS-IO12K12000400470460040(39)395(380)1.24.81.7924K24000800470460040(39)395380)1.24.81.79g4512K12000385470460044(42)430(415)1.14.71.81UMS5512K120003604204100555400.84.41.92表2 Toho Tenax碳纤维性能表大家常说的T300、T700则是另一家公司TORAY的产品。每家公司的产品命 名都是不同的，所以不能用T300之类来称呼所有产品。碳
43、纤维增强树脂的性能和分类树脂是一种来自多种植物，特别是松柏类植物的燃类的分泌物。因为它特殊 的化学结构，可以作为乳胶漆和胶合剂等材料作使用。树脂本身只有天然树脂这 一种，但随着化工的发展，有很多由人工合成的聚合物产生，当中有些聚合物的 化学性质及物理性质会和天然树脂很相似，因此，人工合成聚合物会被称为合成 树脂。合成树脂按性质分类可以分为热固性和热塑性，因此成型工艺适应性极佳。 其中环氧树脂具有良好的物理、化学性能，对金属和非金属材料的表面具有优异 的粘接强度，收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部 分溶剂稳定。由于碳纤维是细长的纤维结构，不能形成固定的形态来使用，因此 将碳纤维作为增强体，加入到树脂、特别是环氧树脂中而得到的复合材料一一碳 纤维增强树脂/聚合物（Carbon-fiber-reinforced polymer, CFRP
