基于复合材料静态分析的轻型太阳能汽车悬架系统测试



基于复合材料静态分析的轻型太阳能汽车悬架系统测试

设计一款高效节能的汽车需要优化很多方面，如传动系统效率、能量来源、空气动力学、质量等。针对轻量化方面，由于复合材料能在减轻了部件质量的同时还能保证部件有足够的结构强度和可靠性，因此制造厂商逐渐将注意力转移到先进复合材料的使用研究。本文针对约翰内斯堡大学太阳能赛车的前悬架系统进行了复合材料轻量化设计，如图1所示。

图1　2014年约翰内斯堡大学太阳能赛车俯视图（单位：mm）

在设计过程中，不仅考察了太阳能汽车的动力性能（最高车速、加速度和爬坡能力），而且还对其耐久性等各项指标都制订出了严格的标准。因此，在设计前悬架时，要充分考虑悬架的造型结构、空气动力学性能以及疲劳强度等。最终的结构设计如图2所示。

图2　前悬架结构图

前悬架采用了双横臂设计，在上下A形横臂、转向节臂和支柱上采用了高强度的碳纤维管材料。在使用碳纤维材料过程中，存在与铝材料连接的粘结件和连接件，这部分零件的可靠性需要被进一步验证，因此对碳纤维-铝粘结件进行了剪切强度测试，对碳纤维-铝连接件进行了拉伸强度测试，测试装置如图3、图4所示。

图3　剪切强度测量装置

图4　拉伸强度测量装置

试验结果表明，该悬架结构的剪切、拉伸强度满足安全要求，且总承载量比原来增加了18.7％。由于悬架承受的动载荷效应对杆件的生命周期影响很大，因此未来还将对悬架碳纤维管的疲劳强度进行测试。

Warren S Hurter et al. 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, November 14- 20, 2014, Montreal, Quebec, Canada.

编译：汪涛