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輕型汽車復(fù)合材料單片板簧設(shè)計

在減輕質(zhì)量的同時增加產(chǎn)品的強度是全球需要研究的難題，而應(yīng)用復(fù)合材料可使這個問題得到解決。由于玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有較高的強度質(zhì)量比和縱向應(yīng)變能儲存能力，因此用其代替鋼材制造板簧具有很大潛力。由于板簧質(zhì)量占汽車總質(zhì)量很大比率，并且需要足夠的強度，因此設(shè)計玻璃纖維/環(huán)氧樹脂板簧時要遵循靜荷載的復(fù)合材料設(shè)計準(zhǔn)則。

本研究以質(zhì)量最小化為目標(biāo)，為汽車懸架設(shè)計了一種采用玻璃纖維/環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料單片板簧。對板簧進行設(shè)計時參照塔塔四輪輕型汽車的質(zhì)量和尺寸。為便于設(shè)計分析及制造，板簧設(shè)計采用了不變的橫截面。

所設(shè)計板簧的剪切應(yīng)力為3.5MPa，即使乘以系數(shù)9也遠(yuǎn)小于指定的玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的抗剪強度（41MPa），且抗彎損壞能力滿足標(biāo)準(zhǔn)。這說明所設(shè)計板簧的應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的強度極限，滿足最大應(yīng)力破壞準(zhǔn)則。所設(shè)計板簧沿橫向的偏轉(zhuǎn)相對于所考慮的最大撓度（105mm）和拱度（95.4mm）來說也很小。

盡管以前的研究已經(jīng)注意到碎裂問題會使玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在遇顛簸道路時會變得不可靠，但本研究所設(shè)計板簧的預(yù)測疲勞壽命達(dá)到221.16×103個周期。這表明，該材料疲勞載荷下具有理想的使用壽命和良好的抗失效性能。所設(shè)計的板簧不僅使輕量化達(dá)68.14%，還具有更高的強度。這種特殊的板簧設(shè)計方案目前僅適用于輕型車輛。

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

刊期：2014年第1期

作者：Achamyeleh A Kassie

編譯：黃河