产业气象站|本特勒碳纤维/铝型材混合材料A柱的设计与开发( 二 )
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成本和环境分析
【产业气象站|本特勒碳纤维/铝型材混合材料A柱的设计与开发】在车辆零部件的设计和优化时 ， 不仅要考虑重量 ， 还要考虑部件整个生命周期的生产成本和对环境的影响 。 混合材料A柱的相关分析如图6所示 。 以每年生产60,000辆汽车计算 ， 相较于混合材料A柱来说 ， 铝合金A柱的成本低36% ， PHS钢制A柱的成本低54% 。 但当车型数量较少时 ， 这种成本优势将会降低 ， 这意味着对于小批量产品来说 ， 混合材料设计在经济上仍然可实现 。
生态环境分析方面 ， 以150,000km行驶里程的燃油车整个生命周期（以2012款ToyotaCamry车型为例）计算 ， 混合材料A柱在生产阶段CO2排放量与铝合金A柱相当 ， 但比钢制A柱要高 。 但在使用阶段 ， 混合材料A柱CO2排放量明显降低 。 通过使用阶段降低CO2的补偿效应 ， 在大约100,000公里后 ， 混合材料A柱达到了与钢制A柱相同的收支平衡点 。 在整个生命周期中 ， 混合材料A柱的CO2排放量比铝合金A柱低11% ， 比钢A柱低15% 。
对于电动车 ， 生产阶段的CO2排放与燃油车类似；而在使用阶段和回收 ， 混合材料A柱要略低于铝合金A柱；钢制A柱则在全生命周期内都实现了最佳的二氧化碳排放量 。
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总结和展望
本项目通过识别在不同碰撞场景中具有高单轴应力分量的组件的分析工具 ， 实现了各向异性的纤维增强复合材料单向带和各向同性的金属材料的混合设计 。 这使得CFRP的使用成本进一步低且资源效率较高 。 尽管如此 ， 混合材料部件的成本仍明显高于常规材料部件 ， 这些较高的成本是否合理 ， 应视具体情况而定 。
当测试结果应用于电动汽车时 ， 整个汽车生命周期内的二氧化碳排放都发生了变化 ， 钢材成为更有利的材料 。 可再生能源的增加将使生产和循环利用阶段在未来变得越来越重要 ， 从而使可持续材料和零部件概念设计的发展变得更加重要 。
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