论文标题：Cold Forming Hybrid Aluminium–Carbon Fibre-Reinforced Polymer Sheets Joined by Mechanical Interlocking

论文链接：https://doi.org/10.3390/jcs9050204

期刊名：Journal of Composites Science

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/jcs

实现复杂形状混合材料结构成型是汽车轻量化技术的关键突破点。近年来，一种基于板材冲压机械互锁的铝/碳纤维增强聚合物 (CFRP) 创新连接技术的成功开发，为多材料轻量化设计提供了新思路。然而，该技术的工业化应用仍需解决多材料协同成型工艺适配性和接头力学完整性等核心挑战。针对这一问题，加泰罗尼亚技术中心 (Eurecat) 与瑞典吕勒奥理工大学的联合研究团队进行试验以验证铝-CFRP预浸料板通过传统冷冲压工艺成型为复杂欧米茄形型材的可行性，研究CFRP位置、机械接头数量、GFRP中间层及润滑等因素对成型质量和力学性能的影响。详情欢迎参考完整原文。

经 (a) 冲孔、(b) 压印和 (c) 固化后的试样。

研究过程与结果

实验材料选用1.95 mm厚的AA5754 H111铝合金板、0.6 mm厚的CFRP预浸料 (650 g/m²，36%环氧基质) 以及0.3 mm厚的GFRP层 (300 g/m²，38%环氧树脂)。润滑剂使用RENOFORM 10ALWF 40LB。试样制备过程包括坯料准备、冲压连接和欧米伽形件冲压三个步骤，设计了多种试样组合 (如AC0/AC1/AC3等)，以研究不同变量的影响。

(a) 冲压模具示意图；(b) 欧米伽零件几何形状；(c) 用于评估试样凸缘回弹的测量α角。

在成型与固化过程中，采用Hydrogarne 150 Tn液压机进行冷成型，模具温度保持在室温，以确保试样在未固化时进行冲压，从而避免分层现象。固化过程采用真空袋工艺，在150 °C下保温30分钟。型材制备完成后，对其进行准静态轴向压缩测试，测试时位移控制速率为5 mm/min，并通过数字图像相关 (DIC) 技术测量真应变，评估屈曲行为和最大压缩载荷。

不同样本的压缩载荷与位移曲线。

实验验证表明，铝-CFRP预浸料混合部件首次在一次性冷冲压工艺下成功成型为欧米伽形型材，展示了这一工艺的可行，性且该技术在工艺兼容性方面具有显著优势，成型的混合结构在机械强度和轻量化效率方面表现优异。此项研究为汽车多材料混合结构的大规模生产提供了可工业化的解决方案，并为后续的研究奠定了坚实的实验基础。

研究总结

多材料成型可行性：铝与未固化FRP预浸料可通过冷冲压制成带机械接头的复杂欧米伽型材，润滑是防止咬合导致颈缩、开裂的关键。

回弹与几何变化：(1) CFRP 内侧放置：碳纤维拉应力限制铝弹性恢复，显著降低回弹；(2) CFRP外侧放置：纤维受压，回弹与纯铝相近；(3) 固化影响：铝与CFRP热膨胀系数差异导致法兰几何变化 (内侧CFRP使α角增大，外侧可致负角度)。

压缩性能提升：(1) 屈曲模式优化：CFRP层 (含GFRP中间层) 使屈曲从非对称全局弯曲转为对称轴向折叠，最大压缩载荷显著增加，外侧放置CFRP时增幅更大 (限制铝折叠)；(2) 机械接头作用：内侧CFRP试件中，机械接头 (无论数量) 可使屈曲局部化，增强载荷控制能力与安全性。

J. Compos. Sci. 期刊介绍

主编：Francesco Tornabene, University of Salento, Italy

期刊专注于发表复合材料先进技术与发展相关的原创文章。目前已经被Scopus、ESCI (Web of Science)、Inspec、CAPlus / SciFinder等多个数据库收录。