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、環境污染等問題，迫使人們想方設法來實現車輛的輕質化以減少油耗、保護環境。鋼板彈簧作為汽車懸架系統的一部分，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、穩定性及耐用性。美國于1981年利用纏繞技術成功制備出了玻纖復合材料板彈簧；英國GKN公司生產的復合材料板彈簧也已成功實現了產業化；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業化的相關報道，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構性能；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進行了分析，計算了其剛度系數和大承載力；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剛度和大承載力。通過對比發現，有限元計算結果與試驗測試結果吻合較好，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，對比復合材料的壓縮強度值得到其安全系數為3.4；計算得到復合材料板彈簧的剛度系數為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，與有限元計算的結果相比，其偏差分別為1.7%和1.8%，可知理論計算與試驗結果吻合較好，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量為5.792kg，與鋼板彈簧質量（16kg）相比減重達63%以上，可實現車輛的輕質化。

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