轻型汽车复合材料单片板簧设计



轻型汽车复合材料单片板簧设计

在减轻质量的同时增加产品的强度是全球需要研究的难题，而应用复合材料可使这个问题得到解决。由于玻璃纤维/环氧树脂复合材料具有较高的强度质量比和纵向应变能储存能力，因此用其代替钢材制造板簧具有很大潜力。由于板簧质量占汽车总质量很大比率，并且需要足够的强度，因此设计玻璃纤维/环氧树脂板簧时要遵循静荷载的复合材料设计准则。

本研究以质量最小化为目标，为汽车悬架设计了一种采用玻璃纤维/环氧树脂的复合材料单片板簧。对板簧进行设计时参照塔塔四轮轻型汽车的质量和尺寸。为便于设计分析及制造，板簧设计采用了不变的横截面。

所设计板簧的剪切应力为3.5MPa，即使乘以系数9也远小于指定的玻璃纤维/环氧树脂复合材料的抗剪强度（41MPa），且抗弯损坏能力满足标准。这说明所设计板簧的应力远低于材料的强度极限，满足最大应力破坏准则。所设计板簧沿横向的偏转相对于所考虑的最大挠度（105mm）和拱度（95.4mm）来说也很小。

尽管以前的研究已经注意到碎裂问题会使玻璃纤维/环氧树脂复合材料在遇颠簸道路时会变得不可靠，但本研究所设计板簧的预测疲劳寿命达到221.16×103个周期。这表明，该材料疲劳载荷下具有理想的使用寿命和良好的抗失效性能。所设计的板簧不仅使轻量化达68.14%，还具有更高的强度。这种特殊的板簧设计方案目前仅适用于轻型车辆。

刊名：International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research（英）

刊期：2014年第1期

作者：Achamyeleh A Kassie

编译：黄河