提高汽车产品生态性,使汽车产品绿色化,是减少汽车废旧产品污染,降低有害物质排放量的重要手段。基于生态汽车设计原则,提出增加绿色可回收材料在汽车产品设计中的使用比例,是提高汽车生态性的有效方法。本文基于汽车产品设计对非金属材料的要求,将聚乳酸以玄武岩纤维增强,用于汽车产品开发。主要对材料的力学性能、热力学性能及耐老化性能开展研究,并通过多材料优化方法设计聚乳酸零部件,实现汽车零件轻量化,最后考虑到汽车产品的疲劳耐久性能,对材料进一步改进,使材料的疲劳性能明显提高。研究内容对提高汽车产品生态性,增加汽车产品的可回收利用材料使用量具有参考意义和应用价值。本文研究工作在吉林省省校共建计划专项项目《生物基微结构材料在汽车轻量化上的应用》支持下完成,具体研究内容和结论如下:研究了纤维含量与聚乳酸/玄武岩纤维复合材料力学性能的关系。玄武岩纤维提升了聚乳酸复合材料的机械强度,但各个性能极值及变化趋势与纤维含量密切相关。复合材料的拉伸性能有效提高,拉伸强度最大达141MPa,弹性模量增至5GPa。但纤维含量超过50%时,随着含量增加,材料的拉伸力学性能下降。弯曲性能:纤维含量达到40%,弯曲强度增至159.5MPa,弯曲弹性模量增至18.2GPa,达到峰值。当纤维质量分数达到30%时,复合材料的冲击性能达到最佳。基于Voigt的假设,结合S.Y.FU和Lauke模型,改进修正系数,建立聚乳酸复合材料拉伸弹性模量的预测模型。当纤维与基体界面结合充分时,精度较高。研究结果表明,玄武岩纤维可以较大程度提高聚乳酸复合材料力学性能,性能普遍高于有机天然纤维复合聚乳酸材料。同时力学性能预测模型为短纤维复合聚乳酸材料的拉伸力学性能预测提供有效方法。对材料的热性能及耐老化性能进行了研究,同时,依据《乘用车用内外饰供货技术条件—耐热性》对材料进行老化试验。结果表明,玄武岩纤维在提高材料的热性能方面有着积极作用。DSC试验结果表明,玄武岩纤维含量的增加可以提高材料结晶度。纤维含量增加到60%时,材料的结晶度为54.6%比单纯聚乳酸提高了20%,效果明显。DMA试验结果显示,玄武岩纤维可以提高复合材料的储存模量,且在材料受热时的力学损耗明显降低。老化试验表明,玄武岩纤维可以延缓复合材料降解,且纤维含量较高的复合材料仍保持较高弹性模量。不同老化时刻下,纤维含量与材料的拉伸强度保持稳定的关系。这种稳定的纤维含量与拉伸性能的关系是材料广泛应用的重要前提。促进该种绿色材料的进一步应用。设计多材料聚乳酸汽车零件,实现零件轻量化。首先,结合最优拉丁抽样方法,建立样本点。以样本点分别建立三组有效的代理模型,并与MIGA算法结合,得出满足约束下质量最小的参数组合,经计算验证了优化结果。该方法使零件由单一材料时质量的253.7g减小了约21g。在本文案例中,MIGA-Kriging方法的计算效率高等特点优于其他两组。研究表明,多材料代替单一材料制造零件,可以发挥材料最大功能,利用Kriging-MIGA算法可以快速有效的得出最佳多材料零件设计方案,使多材料设计方法在汽车轻量化上发挥作用。为提高聚乳酸复合材料的疲劳性能,在前文研究的基础上添加己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯。经试验分析,以20%己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯+80%聚乳酸为复合材料基体,同时添加0.5%MDI作为增容剂,材料疲劳极限明显提高。利用Kriging-MIGA和多材料设计方法,以20%己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯+80%聚乳酸为基体,设计汽车副仪表板总成。同时,基于累积损伤理论及CAE疲劳分析方法,分析在整车生命周期载荷下,聚乳酸复合材料零件的疲劳寿命。结果表明,通过引入上述两种材料及合适的材料配比,使聚乳酸复合材料的疲劳性能提高,为使聚乳酸复合材料在多变复杂工况下应用提供有效数据支持。