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碳纖維復(fù)合材料鋼板彈簧的動(dòng)態(tài)特性研究

隨著能源成本日益增高及國(guó)際對(duì)保護(hù)環(huán)境與資源優(yōu)化使用和排放量的要求日益提高，汽車(chē)行業(yè)對(duì)高效率、高性能產(chǎn)品的需求日益增加。在該領(lǐng)域，采用纖維增強(qiáng)聚合物是比較有前途的技術(shù)。碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）或玻璃纖維增強(qiáng)聚合物（GFRP）這樣的材料被用在許多不同的領(lǐng)域，例如航空航天工業(yè)、能源工業(yè)或運(yùn)輸行業(yè)、車(chē)輛領(lǐng)域等。隨著上述材料的應(yīng)用日益廣泛，這些材料的動(dòng)態(tài)特性成為研究的熱點(diǎn)。本文重點(diǎn)研究碳纖維復(fù)合材料鋼板彈簧的動(dòng)態(tài)特性。

采取的測(cè)試碳纖維復(fù)合材料鋼板彈簧由單向?qū)雍涂椢飳咏M成，單向?qū)泳哂懈邚?qiáng)度的碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂，而織物層也使用環(huán)氧樹(shù)脂，兩種材料能較好地吸收沖擊能量，起到緩沖減振耗能的作用。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行單輸入單輸出（SISO）模態(tài)測(cè)試，激勵(lì)力分別為恒定靜力加載和沖擊激勵(lì)。為了描述該系統(tǒng)的頻率性質(zhì)，計(jì)算每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的頻率響應(yīng)函數(shù)，分別計(jì)算出模態(tài)頻率、振型和模態(tài)阻尼值。采用復(fù)模式指示功能（CMIF）確定所研究頻率范圍內(nèi)的本征頻率數(shù)量。對(duì)鋼板彈簧在每個(gè)振動(dòng)模式下的阻尼特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。鋼板彈簧阻尼特性好，說(shuō)明其在變形時(shí)消耗的能量較多，能較快地使車(chē)輛停止振動(dòng)，但阻尼如果過(guò)大，則車(chē)輛便失去緩沖性能。

為了驗(yàn)證得到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)用Euler–Bernoulli（歐拉伯努利）梁理論進(jìn)行分析對(duì)比。在XZ面內(nèi)通過(guò)偏微分方程建立懸臂鋼板彈簧的彎曲振動(dòng)模型，通過(guò)彎曲振動(dòng)模型偏微分方程驗(yàn)證了上述碳纖維復(fù)合材料鋼板彈簧動(dòng)態(tài)特性的準(zhǔn)確性，由此確定輕量材料鋼板彈簧機(jī)構(gòu)的特性和動(dòng)態(tài)特性。

刊名：Procedia Engineering（英）

刊期：2015年第100期

作者：Stephan Krall et al

編譯：王瑩