Снижение металлоемкости силовых элементов гибридных автомобилей за счет применения полимерных композиционных материалов: комплексный анализ и перспективы

Abstract

В статье представлено комплексное научное обоснование применения полимерных композиционных материалов (ПКМ) в качестве конструкционной основы силовых элементов (панелей пола) гибридных автомобилей. Установлено, что традиционные металлические сплавы — сталь и алюминий — исчерпали свой потенциал по критерию «масса — жесткость — долговечность» в условиях специфики компоновки гибридных транспортных средств, несущих тяжелые аккумуляторные батареи. В статье представлен многокритериальный сравнительный анализ технологий формования ПКМ применительно к крупногабаритным деталям сложной пространственной конфигурации. Обоснована оптимальность метода вакуумной инфузии с горячим отверждением (VaRTM + Hot Curing) по совокупности технологических и экономических показателей. Доказана необходимость перехода к многофункциональным композитным структурам и использования парадигмы цифрового инжиниринга, включающей топологическую оптимизацию и CAE-моделирование прогрессирующего разрушения. This article provides comprehensive scientific justification for the use of polymer composite materials (PCMs) as the structural basis for load-bearing elements (floor panels) in hybrid vehicles. It has been established that traditional metallic alloys — steel and aluminum — have exhausted their potential in terms of the «weight — stiffness — durability» criterion under the specific design conditions of hybrid vehicles carrying heavy battery packs. A multicriteria comparative analysis of PCM forming technologies was conducted for large-scale parts with complex three-dimensional configurations. The vacuum-assisted resin transfer molding method with hot curing (VaRTM + Hot Curing) was shown to be the optimal solution in terms of combined technological and economic performance. The study also demonstrates the need to transition to multifunctional composite structures and to adopt the digital engineering paradigm, including topology optimization and CAE-based modeling of progressive failure.