复合材料板簧研究进展

“双碳”背景下,汽车轻量化和节能减排是汽车行业发展的必然趋势。复合材料板簧由于具备的轻质高强等显著优势广泛应用于汽车上。本文介绍了复合材料板簧在国内外的研究和应用现状,阐述了复合材料板簧的主要优势和结构形式,着重分析了复合材料板簧材料选择以及模压工艺、拉挤工艺、缠绕工艺、RTM等成型工艺方法,最后对复合材料成型工艺及未来发展进行展望。

Finite element analysis on the static and fatigue characteristics of composite multi-leaf spring

This paper investigated the static and fatigue behaviors of steel and composite multi-leaf spring using the ANSYS V I 2 software. The dimensions of an existing conventional leaf spring of a light commercial vehicle were used. The same dimensions were used to design composite multi-leaf spring for the two materials, E-glass fiber/epoxy and E-glass fiber/vinyl ester, which are of great interest to the transportation industry. Main consideration was given to the effects of material composition and its fiber orientation on the static and fatigue behaviors of leaf spring. The design constraints were bending stresses, deflection and fatigue life. Compared to the steel leaf spring, the designed composite spring has much lower bending stresses and deflections and higher fatigue life cycles.

复合材料板簧刚度的预测及匹配设计方法

为了匹配设计某轻型客车复合材料板簧的刚度,设计复合材料板簧的总成结构,通过试验获取E玻纤/聚氨酯层合板的力学性能参数.根据板簧设计理论及经典层合板理论,采用MATLAB软件编写复合材料板簧的刚度计算程序.通过该计算程序计算了铺层关键参数与复合材料板簧刚度之间的关系.以MATLAB刚度计算程序及铺层关键参数与复合材料板簧刚度之间的关系为基础,建立复合材料板簧刚度匹配设计的完整计算程序,并设计复合材料板簧的铺层方案.在ABAQUS软件中建立了复合材料板簧的有限元模型,通过有限元模拟来验证设计的复合材料板簧的刚度.对设计的复合材料板簧进行台架试验.试验结果表明,复合材料板簧刚度的预测值与试验值接近,说明提出的刚度匹配设计方法正确、有效,这对复合材料板簧的推广应用具有重要意义.

轻型客车复合材料板簧模态的预测和分析

为了预测某轻型客车复合材料板簧的模态并预判复合材料板簧的模态是否会与相关激励耦合发生共振,在ABAQUS软件中建立了针对复合材料板簧模态计算问题的有限元模型。对复合材料板簧的有限元模型进行了计算模态分析,根据计算模态分析结果预测了复合材料板簧的模态。对复合材料板簧的样件进行了试验模态分析,通过对比模态预测结果和试验模态分析结果的方法验证了模态预测结果的准确性和有限元模型的正确性。根据复合材料板簧的模态分析结果,设计的复合材料板簧能够避免共振现象的发生。利用经过验证的复合材料板簧有限元模型分析了各设计变量与复合材料板簧一阶模态频率之间的关系。分析结果表明,选用0°铺层角度、较低密度的复合材料和较高的纤维体积含量能够降低复合材料板簧发生共振的可能性。得到的研究结果可显著降低复合材料板簧的研发风险和成本。

采用遗传算法的复合材料板簧多目标优化方法

为了使某客车复合材料板簧的性能达到最优,提出了一种针对复合材料板簧的多目标优化方法。综合应用遗传算法中的权重系数变换法和混合法,调用编写的复合材料板簧各项性能的Matlab计算程序,采用Matlab遗传算法工具箱建立了以铺层参数为设计变量,以复合材料板簧的刚度、强度和质量为子目标的多目标优化模型。优化结果表明,簧身的宽度应取最大值,从长度渐变铺层区域末端到中部凸起结构的簧身厚度应以抛物线规律增加。对优化得到的设计方案进行样件试制和台架试验。试验结果表明,优化得到的复合材料板簧质量为钢板弹簧的40%,疲劳寿命是钢板弹簧的3倍,同时也满足整车对板簧刚度和强度的要求。

汽车复合材料板弹簧的有限元分析及性能测试

利用ABAQUS有限元软件,对设计的某型号汽车复合材料板弹簧进行了有限元分析,计算了复合材料板弹簧的刚度系数和最大承载力,并对采用模压工艺制备的复合材料板弹簧样件进行了性能测试。计算与试验对比表明,计算结果与测试结果吻合较好;设计的复合材料板弹簧的主要性能指标达到设计要求,且复合材料板弹簧可比钢板弹簧减重约63%。

复合材料板式弹簧的研制及性能

主要介绍了一种轻型汽车复合材料板式弹簧的研制过程及性能。试验结果表明,复合材料板簧质轻,内部缺陷少,具有良好的热稳定性及较高的耐热温度,疲劳寿命远优于传统的钢板弹簧。

复合材料板簧研究进展

本文总结了复合材料板簧的研究及应用情况,分析了原材料选择、成型工艺、成型设备、结构设计及性能测试等方面的问题,并对今后复合材料板簧的开发提出了相应的建议。

SMA纤维复合材料板簧刚度性能分析

根据SMA本构关系理论、复合材料力学理论和经典材料力学理论,利用SMA的受限回复特性,建立预应变的SMA纤维复合材料板簧分析模型,导出板簧刚度数学式。通过理论分析和数值计算相结合的方法,讨论了温度的改变、SMA纤维含量、铺层方式等参数对结构刚度的影响。研究结果揭示了SMA纤维复合材料板簧刚度调节性能与温度、SMA纤维含量、铺层方式之间的规律。

复合材料板簧的有限元应力分析及其设计

通过编制三维有限元复合材料板簧专用程序，计算和分析了复合材料板簧的应力，提出了复合材料板簧的若干设计要点，用这一方法设计的复合材料板簧安装在BJ－6462汽车上，经跑车试验和实际使用。

复合材料板弹簧渐进失效分析与极限载荷预报

基于复合材料细观力学Mori-Tanaka方法,使用Digimat软件预测纤维增强树脂基复合材料宏观弹性常数,建立复合材料细观和宏观力学响应间的耦合关系;考虑了复合材料的制造缺陷,采用逆向回归迭代法对基体材料的弹性常数进行修正;基于ABAQUS软件和Digimat软件耦合的计算平台,在复合材料板弹簧有限元模型中调用Mori-Tanaka细观本构模型,考虑复合材料的细观损伤,引入纤维和基体的失效准则进行宏细观耦合模型渐进失效的数值模拟,实现复合材料板弹簧的极限载荷预报,并通过复合材料板弹簧的极限载荷试验进行了验证。结果表明:复合材料板弹簧的试验断裂位置与模拟预测的断裂位置基本一致,极限载荷试验值与预测值的偏差为5.1%。

某型客车复合材料纵置板弹簧结构设计与试验研究

针对某型客车复合材料板弹簧进行了结构分析与试验研究。成型复合材料板弹簧的产品刚度与设计刚度相比,偏差可控制在2%的允许范围内;且板弹簧通过了30万次台架疲劳试验与试验场道路耐久性强化试验,而且复合材料的外观与刚度均无明显变化,确保产品可满足某车型的使用寿命要求。

汽车用复合材料前置板簧的研究

本文介绍了树脂基复合材料板簧的选材、成型方法及发展前景。用树脂基复合材料板簧代替钢制板簧,作为汽车主承力结构件,具有比强度高、质量轻、耐腐蚀、减振性能好、可设计性强、易于加工等优点。哈玻院设计的复合材料板簧弯曲疲劳寿命达100万次,已经通过了刚度测试、疲劳试验、路试。

复合材料板簧非线性迟滞建模和参数识别

为了描述和预测复合材料板簧的非线性迟滞特性,通过动力学分析,将滞回力分解为弹性力、阻尼力和残余非线性力三部分组成,分别建立复合材料板簧的线性和非线性滞回力模型。进行复合材料板簧变频和变幅激励下的台架试验,以模型计算和试验数据的均方根误差为适应度函数,引入与迭代次数相关的非线性递减权重系数,对萤火虫算法进行改进,并与标准遗传算法(GA)、标准模拟退火算法(SA)、标准萤火虫算法(FA)进行比较,验证了所提出的改进萤火虫算法(MFA)具有相对高的精度和效率。将参数识别的结果分别代入线性模型和非线性模型,通过与试验数据的对比,说明了非线性模型具有更好的适用性,为复合材料板簧的整车性能匹配和动力学分析奠定了基础。

复合材料汽车板簧吊耳及其联接的研究

本文描述了玻璃纤维增强复合材料 (GFRP)汽车板簧在紧急制动时的力学模型。给出了吊耳的联接强度设计安全系数。经过八十万次台架疲劳试验和拉伸破坏试验证实 。

复合材料板簧与传动轴的研制

介绍汽车用聚合物基复合材料板簧和传动轴的原材料、成型工艺及性能研究。研制的复合材料板簧的重量是多片钢板簧的1/5,而疲劳寿命远高于多式钢制板簧。研制的混杂复合材料传动轴经强度和疲劳试验证明是合理可行的。

冲击载荷下汽车复合材料板簧结构阻尼性能研究

为了提高冲击载荷下汽车复合材料板簧结构阻尼能力,提出基于应力载荷动态特性测量的冲击载荷下汽车复合材料板簧结构阻尼特性进行分析。首先,研究汽车复合材料板簧结构的弹性荷载力学模型,对汽车复合材料板簧结构的表面应变构件进行优化设计,提高预应力和复合材料板簧结构的阻尼特性;其次,对复合材料板簧结构的阻尼屈服能力进行评估,同时对应力载荷动态的特性进行测量,并分析其阻尼性能。最后,通过仿真实验进行性能测试,展示了该方法在冲击载荷下汽车复合材料板簧结构阻尼性能测试能力方面的优越性能。

基于Isight复合材料板弹簧的结构优化设计

本文采用多学科参数优化软件Isight中的Catia、Abaqus组件集成Catia、Abaqus和Isight,构建了基于Isight的多学科参数优化设计平台,通过这一设计平台结合分析设计的思路进行优化设计,实现了对某型号汽车复合材料板弹簧的结构优化设计。研究表明:在以复合板弹簧结构体积最小的前提下,选取合适的设计变量可以显著改善板弹簧的受力状况,板弹簧刚度值可由初始设计出的刚度值900N/mm提高至1101.7N/mm,与本款板弹簧的设计要求刚度值1100±110N/mm相比,误差仅为0.005%,从而为复合材料板弹簧的轻量化设计提供设计依据,复合板弹簧的质量为钢板弹簧的1/5左右,整车减重约67%,起到较好的轻量化设计效果。

玻璃纤维增强环氧树脂复合材料板簧缠绕成型与质量分析

采用缠绕成型工艺,成功制备了车用变宽度等截面连续纤维增强环氧树脂基复合材料板簧,从纤维质量分数、微观形貌、疲劳寿命及破损方式等方面初步分析了复合材料板簧的成型质量和疲劳寿命。结果表明,相对于阳模面,复合材料板簧阴模面具有更高的纤维质量分数,更容易出现贫胶现象。疲劳寿命实验表明,所制备的复合材料板簧疲劳寿命高达22万次以上,拉伸破坏发生在纤维质量分数较高的阴模面。

复合材料汽车板簧与车桥壳的联接研究

本文描述了复合材料汽车板簧与车桥壳联接处的损伤原因。提出了该联接夹座的技术性能要求和结构设计方案。经过八十万次台架疲劳试验和 4 8万多km的实地道路试验证明夹座的联接方式能基本满足设计要求 。