汽车复合材料板弹簧的有限元分析及性能测试

目前，全球的能源紧张、环境污染等问题，迫使人们想方设法来实现车辆的轻质化以减少油耗、保护环境。钢板弹簧作为汽车悬架系统的一部分，其在车体自重中所占比例约为1/15~1/10，如果使用复合材料，其质量可减轻60%~70%。此外，复合材料的模量小、比重轻、比强度高、抗疲劳性能好，可提高驾驶的舒适性、稳定性及耐用性。美国于1981年利用缠绕技术成功制备出了玻纤复合材料板弹簧；英国GKN公司生产的复合材料板弹簧也已成功实现了产业化；德、日、法等国也都对复合材料板弹簧开展了大量的基础性研究工作。目前，我国还没有关于汽车复合材料板弹簧产业化的相关报道，关于汽车复合材料板弹簧的研究还处于初步的探索与试验阶段。如，郭红等人研究了钢板簧片中夹芯复合材料后组成的板弹簧的结构性能；赵洪斌等人从原材料、成型工艺等方面对复合材料板弹簧的制作进行了介绍。现有研究针对所设计的某型汽车复合材料板弹簧，利用ABAQUS有限元软件对其在预设静载工况下的应力状态进行了分析，计算了其刚度系数和大承载力；同时，针对制备出的复合材料板弹簧样品进行了试验测试，得到了其实测的静态刚度和大承载力。通过对比发现，有限元计算结果与试验测试结果吻合较好，该复合材料板弹簧的主要性能指标达到了设计要求。

针对设计的某型汽车复合材料板弹簧进行了有限元分析，得到了其在预设载荷工况下的应力状态，对比复合材料的压缩强度值得到其安全系数为3.4；计算得到复合材料板弹簧的刚度系数为157.2N/mm，其大承载力为35kN。同时，对采用模压工艺制备出的复合材料板弹簧样品进行了静态刚度和大承载力试验测试，其值分别为154.46N/mm和34566N，与有限元计算的结果相比，其偏差分别为1.7%和1.8%，可知理论计算与试验结果吻合较好，表明该复合材料板弹簧的主要性能达到设计要求。该复合材料板弹簧的质量为5.792kg，与钢板弹簧质量（16kg）相比减重达63%以上，可实现车辆的轻质化。

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