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- SAE PT-164-2014
- 規格番号
- SAE PT-164-2014
- 制定年
- 2014
- 出版団体
- SAE - SAE International
- 最新版
-
SAE PT-164-2014
- 範囲
- はじめに 構造材料は一般に、金属、セラミックス、ポリマー、複合材料の 4 つの基本カテゴリに分類されます。
このスキームは主に材料の微細構造と化学組成に基づいています [1-1]。
金属は金属元素の組み合わせであり、非局在電子を含んでいます。
鋼やアルミニウムなどの非鉄金属を含む金属 @ は、一般に強度が高いものの、変形しやすいものです。
セラミックは金属元素と非金属元素の化合物です。
これらは結晶性の高い酸化物@窒化物@または炭化物@であるため、非常に硬くて脆いのです。
ポリマーは、さまざまな原子またはラジカルと側結合した炭素原子の非常に大きな分子鎖で構成されています。
長い分子鎖はほとんどが弱いファンデルワールス力 @ で結合しているため、ポリマーは金属やセラミックほど強くも硬くもありません。
しかし、分子構造が長いため、ポリマーに高い柔軟性が与えられます。
複合材料は、巨視的な構造単位に組み合わされた 2 つ以上の別々の材料からなる人工的に製造された材料です。
微細構造が比較的固定されているこれらの従来の材料 (金属 @ セラミックス @ およびポリマー) とは異なり、複合材料は微細構造と機械的特性の観点から高度に調整可能です。
その結果、複合材料は構成相の最良の特性を望ましい組み合わせで持つことができ、これは強度と延性、剛性、軽量性を兼ね備えることを意味します。
複合材料は航空宇宙産業での使用に成功しており、自動車産業でも勢いを増しています。
鋼またはアルミニウム@ の 10 倍以上の降伏強度と、鋼の約 5 分の 1、アルミニウムの約 2 分の 1 の密度を備えた複合材料 @ は、軽量車両を製造するための最優先の選択肢となっています [1-2] 。
米国エネルギー省@ によると、運輸部門は米国の総エネルギー使用量の 28%、国家石油消費量@の 3 分の 2、そして炭素排出量の 3 分の 1 を占めています [1-3]。
さらに、運輸業界は米国の温室効果ガス排出量のほぼ 32% を占めています [1-4]。
燃料消費量は車両重量に直接関係していることが知られています[1-5]。
車両重量の削減は、(1) 車両のダウンサイジング @ (2) 車両の再設計と内容の削減 @ および (3) 材料の代替 [1-6] の組み合わせによって達成できます。
これら 3 つの選択肢の中で、重金属材料を強くて軽い複合材料で置き換えることが最も実行可能な選択であると思われます。
複合材の利点は軽量化だけではありません。
ポリマーマトリックス複合材料には、部品統合@の大きな可能性があり、製造コストが削減され、市場投入までの時間が短縮されます。
複合部品は、金属部品と比較して工具コストを大幅に抑えることができます。
また、複合材料は金属よりもはるかに優れた耐食性を持ち、アルミニウムよりもへこみやへこみ@などの損傷@に対してより耐性があります。
ポリマー複合材は優れた粘弾性減衰を備えているため、車両の騒音、振動、およびハーシュネス (NVH) 性能が向上します。
複合材料は、深絞りパネル@に関して、金属スタンピングで達成できるものを超える、高いレベルのスタイルの柔軟性も備えています。
複合材料の利点は業界でよく認識されていますが、複合材料の使用は多くの要因によって妨げられてきました。
これらには主に、原材料と製造に関連する高コスト、および複合材料に関する設計知識の欠如が含まれます [1-7] [1-8]。
自動車産業は伝統的に、スチールやアルミニウムなどの等方性材料を扱ってきました。
異方性複合材料@ に関しては、設計データ (材料特性データベース) @ 設計ツール (モデル) @ 試験方法 @、そして最終的には設計例が不足しています。
本書は複合材料の設計面に焦点を当てています。
複合材料と設計プロセスの簡単な紹介から始まり、自動車 OEM や一流サプライヤーのエンジニアによる複合構造の最新の革新的な設計例をいくつか紹介します。
SAE PT-164-2014 発売履歴