复合材料密集型杰作：2020 Corvette，第 1 部分

对于第 2 部分，请阅读“复合材料密集型杰作：2020 Corvette，第 2 部分”。

备受期待的第八代雪佛兰 Corvette 来自通用汽车公司（通用汽车，底特律，美国密歇根州）的 (C8) 自 2019 年 7 月 18 日正式披露以来一直备受赞誉，并于今年早些时候开始商业生产。新的 Corvette Stingray 敞篷车和双门轿跑车的引人注目不仅在于它们的美丽，而且通用汽车已经生产出一种高性能、合法上路的中置发动机火箭船，起价不到 60,000 美元——是同等性能中置发动机价格的三分之一汽车——但它们也包含一系列令人印象深刻的全新和真正创新的复合材料内容，我们将在此处和下个月的第 2 部分中进行介绍。

新的引擎配置改变了一切

通用汽车工程部在进行初步设计时知道他们将开发一款中置发动机车辆——第一辆量产的Corvette 在八代运动那个配置。通用汽车的执行总工程师 Tadge Juechter 解释说：“为了性能，我们尽可能地改进了前置发动机架构，因此转向中置发动机设计是改进已经很棒的汽车并成为细分市场领导者的下一个合乎逻辑的步骤-全球克尔维特 .配备 Z51 性能套件的 2020 Corvette Stingray 可以在 2.9 秒内加速 0-60 英里/小时（0-97 公里/小时），最高时速可达 194 英里/小时（312 公里/小时）。将发动机推向车辆后部会影响很多事情，包括汽车的重心、乘员的相对位置、变速箱位置以及车身底板和后备箱的设计。中置发动机设计还为汽车的新区域带来了更高的工作温度和噪音。

“由于采用了中置引擎，我们不得不以不同的方式做事，”Ed Moss 解释道，Corvette 车身结构工程组经理。 “从一开始，我们就如何布置车身结构进行了很多讨论。在我们讨论设计和构建每个系统的最佳方法时，所有事情都摆在桌面上。例如，我们就驾驶室的金属与复合材料进行了辩论。如果我们保留 C7 的复合材料驾驶室，我们就必须连接到铰链柱 [A 柱]，在中置发动机车辆中，它紧邻前轮，只留下很少的包装空间。我们带着金属去了那里。我们甚至简要讨论了金属与复合车身面板。然而，用金属色打造 C8 的造型线条在经济上是不可行的。”

“我们面临的一个真正挑战是如何处理进气，”Chris Basela 回忆道，Corvette 车身结构首席工程师，解释了需要一种不同的方法来将冷却空气注入并穿过自然吸气、495 马力、6.2 升 V8 发动机，该发动机产生 470 英尺磅（637 牛顿米）的扭矩。 “我们尝试了各种设计，迫使空气采取非常曲折的路径，产生我们不想要的涡流和流动。与动力系统团队进行了大量迭代工作，以开发出最佳的气流路径，因为汽车需要不受限制地自由呼吸。我们还需要进入空气箱，不得不在后行李箱空间周围工作。另一个问题是乘客舱内的热量和发动机噪音，因为乘员不再坐在发动机后面，而是直接位于发动机前面。自 C7 以来，欧洲和其他地方的法律发生了变化，因此我们特别关注机舱空气质量，因此我们非常努力地减少 VOC [挥发性有机化合物]。”

“甚至研究如何组装 这辆车是一个挑战，”莫斯补充道。 “采用前置发动机设计，你有一个长引擎盖和大发动机舱，为操作员提供了足够的空间从舱内建造汽车，即使前保险杠梁已经焊接。在中置引擎上Corvette ，凭借其非常短的前夹，我们在车辆组装完成时将汽车的前部保持打开状态，然后用螺栓固定在前保险杠上。”

“获得合适的形状是一种平衡，同时确保我们的供应商能够在鲍灵格林生产零件和我们的团队 [通用汽车位于肯塔基州的 Corvette 组装厂] 可以组装它们，”Basela 继续说道。 “最后，只有一种复合材料从 C7 的车身转移到了 C8。”这是为 2016 Corvette 开发的坚固的 A 级、1.2 比重 (SG) 片状模塑料 (SMC) 并用于新车的各种外部封闭装置。

车辆架构

四代 (C5-C8)，Corvettes 具有三层、多材料的车身结构：框架 ，通常是铝或钢的混合物——这次是碳纤维增强复合材料 (CFRP) 部件； 身体结构 ，主要是粘合复合材料，以利用设计和制造的灵活性；加上螺栓固定收尾 （车身面板），自 Covette's 以来一直是复合材料 1953年6月出道。这种分层混合结构不仅可以在大批量生产中提供负担得起的轻量化——尤其是对于这种性能级别的汽车——而且还允许以较低的工具投资生产多种车型。事实上，对于当前的 C8，通用汽车仅使用 20 个工具就成功地在基本模型双门轿跑车和敞篷车上生产了所有 A 级复合车身面板（粘合内部和外部）。

此外，Corvettes 无论是敞篷车还是带有固定或可拆卸车顶板的双门轿跑车，一直都采用开放式车顶结构设计。由于敞篷车通常不如固定车顶的车辆坚硬，因此每个 Corvette' 的重要关注点 工程始终是创造最坚固的基础，以改善悬架和转向。从历史上看，隧道 （前置发动机车辆上的外壳变速器和传动轴）已经主导了Corvette 车身结构，并已成为实现高扭转刚度的关键因素。对于新的Corvette , GM 实现了更高的刚性。去掉车顶后，C8 车身比基准高性能中置发动机竞争对手硬 53.78%，比第二个高性能中置发动机竞争对手硬 29.27%，比 C7 硬 13.79%。两个复合材料部件对车辆刚度做出了重要贡献——一个直接连接到框架结构（后保险杠梁），另一个连接到车身底部（下隧道收尾）。

帧结构

C8 的车架主要由铝合金制成，其中一个 CFRP 部件是为满足通用汽车严格的每公斤美元目标而开发的。相比之下，C7的车架是​​全铝的，C6的车架大部分是钢的。

唯一一个直接安装在车架上的复合材料部件是独特的 CFRP 后保险杠横梁，它与白车身 (BIW) 一起通过电泳锈涂层工艺（通用汽车称之为 ELPO）。这部分有助于加强车架并有助于提高后部碰撞性能。其弯曲形状——这要归功于 Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG（TTI，Bremervörde，德国）开发的一种称为半径拉挤成型的新工艺——使其能够匹配后部造型线索并适合有限的包装空间，同时保持紧密的尺寸完整性到发动机舱热量。作为汽车行业的第一个弯曲拉挤零件（请参阅我们在 2020 年 5 月号 CW 中关于该零件的完整功能），中空的两室梁由 Shape Corp.（美国密歇根州格兰德黑文）使用开发和制造的设备生产。由 TTI 建造。该横梁仅重 1.3 公斤，并具有一个能够产生 25 千牛顿拉力的粘合/螺栓连接的拖钩眼。

身体结构：A部分

实际上，C8 的所有车身结构部件都是复合材料，并在车架经过 ELPO 后粘合和/或螺栓连接到车架上。这一级别值得注意的复合材料部件包括结构底部封闭件和地板 - 我们将在本期中介绍 - 以及前后行李箱、感应管道和后包围和隔板 - 我们将包括车身面板和装饰件，下个月。

C8 上可拆卸的下部隧道结构封闭件作为检修门，贡献了超过 10% 的车辆扭转刚度，并在碰撞期间作为主要载荷路径。这种混合复合板由三层玻璃纤维预制件组成。它们由纤维体积分数 (FVF) 为 38% 的连续/编织和短切/随机纤维组成，在每个堆叠的顶面和底面层添加了面纱以改善表面光洁度。玻璃预制件与使用 Toray（日本东京）T700 12K 标准模量碳纤维以 21% FVF 和乙烯基酯 (VE) 基质的 NCF 双轴织物形式制成的两层预制件交错。收尾由 Molded Fiber Glass Co.（美国俄亥俄州 Ashtabula MFG）使用其专有的 PRiME（预置加固确保制造卓越）工艺生产，这是一种液体压缩成型 (LCM)。

除了作为发动机支架一部分的后轮附近的单个铝制封口外，其余的车身底部面板由压缩成型的 SMC 或注塑成型的热塑性塑料组成。除其他好处外，这些面板还可以减少车身底部的湍流和阻力，提高燃油效率，并防止水分、灰尘和石头进入车辆的发动机和传动系统。此外，它们为多个外部和内部接口提供了空间基础。

低密度但结构化 SMC 面板采用 MFG 开发的新配方（在这种情况下，40% FVF 短切玻璃纤维/不饱和聚酯 (UP) 树脂）。这种材料被称为“漂浮”SMC，因为每块面板的密度小于1.0（平均SG=0.97），因此可以漂浮在水中。 MFG 生产汽车上的所有结构 SMC 和 LCM 部件。

该车辆还配备了一个混合地板，针对扭转弯曲和侧杆碰撞保护进行了优化（接合门槛板和与之相连的通道）。地板面板采用面向驾驶室的冲压铝与通过 PRiME 工艺生产的面向道路的 1.5-SG 复合材料（60 重量% 连续和编织玻璃纤维/VE）板粘合。在使用 Ashland Global Holdings Inc.（美国特拉华州威尔明顿）的 Pliogrip 9100 聚氨酯结构胶对两层进行热粘合之前，MFG 会对材料进行清洁和准备。

直接粘合到 C8 车架的所有复合材料部件首先经过激光烧蚀，这是由 GM、MFG 和 Adapt Laser Systems LLC（美国密苏里州堪萨斯城）为 2016 年 Corvette 开发的工艺 并改编自复合材料行业的模具清洁方法。激光烧蚀取代了手工打磨，减少了劳动力、时间和成本，消除了灰尘并提高了可重复性。激光路径、攻角和能量水平可针对每个零件的材料和几何形状进行定制。为了最大限度地提高制造灵活性，包括地板在内的整个车身底部通过粘接和螺钉连接到框架和自身。

在 CW 的 8 月刊中，我们将继续报道新型 Corvette 上的复合材料创新 ，在车身结构层面使用额外的部件恢复，并用外部封闭件（车身面板）完成，加上额外的装饰和升级。见第 2 部分。