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發(fā)動機(jī)副車架的輕量化設(shè)計

為減少燃料消耗以及滿足溫室氣體排放和發(fā)動機(jī)更好性能的要求，廣泛應(yīng)用了能提高汽車力學(xué)性能的高強(qiáng)度和高剛度材料如復(fù)合材料、輕質(zhì)合金，它們被認(rèn)為是汽車一級和二級結(jié)構(gòu)鋼材料的潛在替代材料。復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用包括進(jìn)氣歧管、儀表板、頂板、底板、前后保險杠、駕駛室，極少情況下用于A柱和B柱。

研究了發(fā)動機(jī)副車架利用碳/環(huán)氧復(fù)合材料制成組件的可能性。目前。副車架使用的是金屬和輕質(zhì)金屬。于是出了一種解決現(xiàn)存主要問題的方法，即使用復(fù)合結(jié)構(gòu)，利用復(fù)合材料的疊層順序、疊層角度的變化提高發(fā)動機(jī)副車架承載能力和剛度。

基于有限元分析和結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化分析了利用碳/環(huán)氧復(fù)合材料替代發(fā)動機(jī)副車架鋼結(jié)構(gòu)材料的可行性。在對性能進(jìn)行分析的過程中，由于發(fā)動機(jī)副車架受到了來自經(jīng)由發(fā)動機(jī)懸置傳遞的內(nèi)燃機(jī)引起的振動和經(jīng)汽車懸架由于路面不平度引起的機(jī)械振動，因此需要考慮剛度和強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)、第一階振動的固有頻率和模態(tài)。分析表明：①需要仔細(xì)考慮汽車上使用的復(fù)合材料的類型、鋪層形式及建模方式；②鋪層布置形式的選擇能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的復(fù)合結(jié)構(gòu)，達(dá)到高的剛度值，從而簡化制造工藝；③在應(yīng)力較大處采用局部加強(qiáng)和加強(qiáng)筋能夠減小最大應(yīng)力，顯著提高剛度；④合理的鋪層布置形式能夠?qū)崿F(xiàn)更好的振動性能，使其固有頻率不在發(fā)動機(jī)引起的頻率范圍內(nèi)；⑤發(fā)動機(jī)副車架采用復(fù)合材料能夠相對減輕質(zhì)量，由16kg鋼車架或10kg鋁合金車架減輕約為5.5kg的碳/環(huán)氧復(fù)合材料車架，并且能夠減少燃油消耗和對環(huán)境的污染。

刊名：Int. J. Automotive Composites（英）

刊期：2014年第1期

作者：Giovanni Belingardi et al

編譯：楊昆