汽車復(fù)合材料板彈簧的有限元分析及性能測試

目前，全球的能源緊張、環(huán)境污染等問題，迫使人們想方設(shè)法來實現(xiàn)車輛的輕質(zhì)化以減少油耗、保護環(huán)境。鋼板彈簧作為汽車懸架系統(tǒng)的一部分，其在車體自重中所占比例約為1/15~1/10，如果使用復(fù)合材料，其質(zhì)量可減輕60%~70%。此外，復(fù)合材料的模量小、比重輕、比強度高、抗疲勞性能好，可提高駕駛的舒適性、穩(wěn)定性及耐用性。美國于1981年利用纏繞技術(shù)成功制備出了玻纖復(fù)合材料板彈簧；英國GKN公司生產(chǎn)的復(fù)合材料板彈簧也已成功實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化；德、日、法等國也都對復(fù)合材料板彈簧開展了大量的基礎(chǔ)性研究工作。目前，我國還沒有關(guān)于汽車復(fù)合材料板彈簧產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)報道，關(guān)于汽車復(fù)合材料板彈簧的研究還處于初步的探索與試驗階段。如，郭紅等人研究了鋼板簧片中夾芯復(fù)合材料后組成的板彈簧的結(jié)構(gòu)性能；趙洪斌等人從原材料、成型工藝等方面對復(fù)合材料板彈簧的制作進行了介紹?，F(xiàn)有研究針對所設(shè)計的某型汽車復(fù)合材料板彈簧，利用ABAQUS有限元軟件對其在預(yù)設(shè)靜載工況下的應(yīng)力狀態(tài)進行了分析，計算了其剛度系數(shù)和大承載力；同時，針對制備出的復(fù)合材料板彈簧樣品進行了試驗測試，得到了其實測的靜態(tài)剛度和大承載力。通過對比發(fā)現(xiàn)，有限元計算結(jié)果與試驗測試結(jié)果吻合較好，該復(fù)合材料板彈簧的主要性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計要求。

針對設(shè)計的某型汽車復(fù)合材料板彈簧進行了有限元分析，得到了其在預(yù)設(shè)載荷工況下的應(yīng)力狀態(tài)，對比復(fù)合材料的壓縮強度值得到其安全系數(shù)為3.4；計算得到復(fù)合材料板彈簧的剛度系數(shù)為157.2N/mm，其大承載力為35kN。同時，對采用模壓工藝制備出的復(fù)合材料板彈簧樣品進行了靜態(tài)剛度和大承載力試驗測試，其值分別為154.46N/mm和34566N，與有限元計算的結(jié)果相比，其偏差分別為1.7%和1.8%，可知理論計算與試驗結(jié)果吻合較好，表明該復(fù)合材料板彈簧的主要性能達(dá)到設(shè)計要求。該復(fù)合材料板彈簧的質(zhì)量為5.792kg，與鋼板彈簧質(zhì)量（16kg）相比減重達(dá)63%以上，可實現(xiàn)車輛的輕質(zhì)化。

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