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發(fā)動機副車架的輕量化設(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)動機副車架鋼結(jié)構(gòu)材料的可行性。在對性能進行分析的過程中,由于發(fā)動機副車架受到了來自經(jīng)由發(fā)動機懸置傳遞的內(nèi)燃機引起的振動和經(jīng)汽車懸架由于路面不平度引起的機械振動,因此需要考慮剛度和強度的標(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和加強筋能夠減小最大應(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)動機引起的頻率范圍內(nèi);⑤發(fā)動機副車架采用復(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