Введение Конструкционные материалы обычно делятся на четыре основные категории: металлы@ керамика@ полимеры@ и композиты. Эта схема основана, прежде всего, на микроструктуре и химическом составе материалов [1-1]. Металлы представляют собой комбинации металлических элементов и содержат нелокализованный электрон. Металлы, включая стали и цветные металлы, такие как алюминий, обычно прочны, но при этом поддаются деформации. Керамика представляет собой соединения металлических и неметаллических элементов. Они представляют собой высококристаллические оксиды@ нитриды@ или карбиды@ и поэтому очень жесткие и хрупкие. Полимеры состоят из очень больших молекулярных цепочек атомов углерода, связанных боковыми связями с различными атомами или радикалами. Длинные молекулярные цепи в основном связаны слабыми силами Ван-дер-Ваальса, которые делают полимеры не такими прочными и жесткими, как металлы или керамика. Однако длинные молекулярные структуры обеспечивают полимерам высокую гибкость. Композиты – это искусственно полученные материалы, состоящие из двух или более отдельных материалов, объединенных в макроскопическую структурную единицу. В отличие от этих традиционных материалов (металлов@, керамики@ и полимеров), микроструктуры которых являются относительно фиксированными@, композиты легко поддаются настройке с точки зрения микроструктуры и механических свойств. В результате композиты могут иметь желательное сочетание лучших свойств составляющих фаз, что означает, что они могут быть прочными, пластичными, жесткими и легкими. Композиты успешно используются в аэрокосмической и космической промышленности, а также набирают обороты в автомобильной промышленности. Благодаря пределу текучести, более чем в десять раз превышающему предел текучести стали или алюминия, и плотности лишь примерно в одну пятую плотности стали и в половину плотности алюминия, композиты стали лучшим выбором для производства легких транспортных средств [1-2]. . По данным Министерства энергетики США, на транспортный сектор приходится 28% общего потребления энергии в США, две трети национального потребления нефти и треть национальных выбросов углекислого газа [1-3]. Кроме того, на долю транспортной отрасли приходится почти 32% выбросов парниковых газов в США [1-4]. Известно, что расход топлива напрямую связан с массой автомобиля [1-5]. Снижение веса транспортного средства может быть достигнуто путем сочетания (1) уменьшения габаритов транспортного средства @ (2) изменения конструкции транспортного средства и уменьшения его содержимого @ и (3) замены материалов [1-6]. Среди этих трех вариантов замена тяжелых металлических материалов прочными и легкими композитами представляется наиболее жизнеспособным выбором. Преимущества композитов выходят далеко за рамки экономии веса. Композиты с полимерной матрицей имеют большой потенциал для интеграции деталей, что приведет к снижению производственных затрат и сокращению времени выхода на рынок. Композитные детали могут иметь гораздо меньшие затраты на оснастку по сравнению с металлическими. Композиты также обладают гораздо лучшей коррозионной стойкостью, чем металлы, и более устойчивы к повреждениям, таким как вмятины и вмятины, чем алюминий. Полимерные композиты обладают превосходными вязкоупругими демпфирующими свойствами и, таким образом, обеспечивают улучшенные характеристики шума, вибрации и жесткости (NVH) транспортных средств. Композиты также обладают высоким уровнем гибкости оформления с точки зрения глубокой вытяжки панелей, что выходит за рамки того, что может быть достигнуто с помощью штамповки из металла. Хотя преимущества композитов хорошо известны в отрасли, их использованию препятствуют многочисленные факторы. К ним в основном относятся высокие затраты, связанные с сырьем и производством, а также отсутствие знаний в области проектирования композитов [1-7] [1-8]. Автомобильная промышленность традиционно работала с изотропными материалами, такими как стали и алюминий. Для анизотропных композитов@ существует нехватка проектных данных (база данных свойств материалов)@ инструментов проектирования (моделей)@ методов испытаний@ и, наконец, примеров проектирования. В этой книге основное внимание уделяется аспектам проектирования композитных материалов. Он начинается с краткого введения в композитные материалы и процесс проектирования, а затем представляет некоторые из самых последних инновационных примеров проектирования композитных конструкций, выполненных инженерами автомобильных OEM-производителей и ведущих поставщиков.