汽車復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，如果使用復合材料，其質(zhì)量可減輕60%~70%。此外，復合材料的模量小、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合材料板彈簧；英國GKN公司生產(chǎn)的復合材料板彈簧也已成功實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化；德、日、法等國也都對復合材料板彈簧開展了大量的基礎性研究工作。目前，我國還沒有關于汽車復合材料板彈簧產(chǎn)業(yè)化的相關報道，關于汽車復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合材料板彈簧的制作進行了介紹?，F(xiàn)有研究針對所設計的某型汽車復合材料板彈簧，利用ABAQUS有限元軟件對其在預設靜載工況下的應力狀態(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，該復合材料板彈簧的主要性能指標達到了設計要求。

針對設計的某型汽車復合材料板彈簧進行了有限元分析，得到了其在預設載荷工況下的應力狀態(tài)，對比復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，表明該復合材料板彈簧的主要性能達到設計要求。該復合材料板彈簧的質(zhì)量為5.792kg，與鋼板彈簧質(zhì)量（16kg）相比減重達63%以上，可實現(xiàn)車輛的輕質(zhì)化。

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