轻型客车主副簧式复合材料板簧模态分析

为了考察并高效率地控制某轻型客车主副簧式复合材料板簧的模态特性,文章以成熟的单片复合材料板簧有限元建模方法为参考,采用ABAQUS软件建立了某轻型客车主副簧式复合材料板簧的有限元模型,并对该主副簧式复合材料板簧的刚度特性及模态特性进行了仿真分析。由于单片复合材料板簧的刚度及模态仿真结果均与相应试验结果吻合,因此采用相同材料参数及建模方法建立的主副簧式复合材料板簧有限元模型的仿真结果可信。根据仿真结果,研究了主副簧式复合材料板簧的铺层角度、复合材料密度、增强纤维弹性模量等关键设计变量对其一阶模态频率的影响规律,并进行了灵敏度分析,提出了相应的匹配设计思路,这对完善复合材料板簧的设计理论、促进其推广应用具有重要意义。     

基于整车性能的复合材料板簧阻尼特性研究

为了研究复合材料板簧的阻尼特性,对具有典型铺层角度的E玻璃纤维/聚氨酯层合板试样进行损耗因子试验。根据试验结果,计算了0°铺层层合板试样各个方向上的损耗因子和比阻尼。对复合材料板簧进行阻尼性能的台架试验和装车试验,获取了复合材料板簧的阻尼参数区间。层合板阻尼试验结果与复合材料板簧总成的阻尼试验结果在同一数量级,因此试验结果可信。基于试验结果和相关理论,分析了复合材料板簧的阻尼特性对整车操纵稳定性和平顺性的影响规律。装车试验结果表明,换装复合材料板簧后,样车的操纵稳定性维持原有水平,平顺性有一定的改善,与理论分析结果一致。     

汽车顶盖复合材料前横梁铺层多目标优化设计

以自主品牌某型号汽车顶盖复合材料前横梁为研究对象,以整车模态频率、弯曲刚度、抗压性能为优化目标,通过编程实现以复合材料铺层的工艺要求为约束条件,对碳纤维复合材料前横梁进行多目标铺层优化,最终获得了Pareto优化解。在Pareto优化解中选择一组折衷的优化铺层方案,结果显示,优化后的铺层方案性能优于初始设计方案。     

复合材料板簧的迟滞特性建模与试验研究

运用Bouc-Wen摩擦学理论建立了复合材料板簧的迟滞特性模型,根据台架试验测得的动态力-位移曲线,利用改进的乌鸦搜索算法(MCSA)进行了模型的参数辨识。仿真结果与试验结果吻合较好,表明该模型能准确预测复合材料板簧的迟滞特性。建立考虑复合材料板簧迟滞特性的整车7自由度动力学模型,分析了在随机路面激励下,复合材料板簧迟滞特性对整车动态响应的影响。结果表明,复合材料板簧的迟滞特性使簧载质量的质心加速度增加,板簧的回复力增大,而悬架的动挠度减小。该研究为复合材料板簧的整车匹配和精细化动力学建模提供参考。     

基于玻纤复合材料的弹簧/摆臂一体化新型悬架的研究

取代钢质螺旋弹簧的玻纤复合材料板簧已在业内有较多成功的应用。基于玻纤复合材料将弹簧和摆臂合为一体，将进一步增强悬架轻量化和集成化的优势，但引进玻纤摆臂柔性的悬架不能再按传统的方式理解，对此新型悬架的结构形式和设计方法有必要进行深入研究。文章首先介绍了玻纤增强塑料复合材料板簧摆臂的设计，而后对匹配此玻纤摆臂的后桥悬架构型进行了研究，以优化关键性能为线索逐步分析不同的后悬架结构形式的性能优劣，从而得出可行的玻纤臂新型悬架方案，最后还对此悬架的预载设计与载荷校核等进行了介绍。     

复合材料重型车车架结构的优化设计

对复合材料重型车车架进行了优化设计研究，以复合材料车架重量为目标雨数，分别建立了以车架纵梁复合材料铺层厚度为设计变量的优化模型和以复合材料铺层角度及厚度为设计变量的优化模型。优化结果表明，从现代复合材料的应用与复合材料结构优化设计两方面入手进行汽车大型承载部件的轻量化研究，是非常有效的方法。     

扭转梁悬架碳纤维复合材料横梁结构优化

鉴于碳纤维增强复合材料(CFRP)轻质高强的特点,本文中将某乘用车扭转梁悬架原钢质横梁用碳纤维复合材料替代,并进行结构优化设计。首先,通过碳纤维增强复合材料层合板力学性能试验获得材料力学参数,建立悬架扭转梁有限元模型,并对扭转梁中的碳纤维复合材料横梁截面进行改进设计。在此基础上,综合考虑横梁质量、刚度和工艺约束,对CFRP横梁进行铺层厚度、角度和铺层顺序的多层次优化。优化后,在满足各项性能指标的情况下,碳纤维增强复合材料横梁比原钢质横梁轻量79.34%,取得显著的轻量化效果。     

基于熵权TOPSIS法的CFRP防撞梁轻量化研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有轻质高强的特点,本文中基于抗撞性要求将某乘用车保险杠原钢制防撞梁替换为CFRP,并进行铺层优化设计。首先对CFRP层合板进行力学性能试验以获得材料参数,并通过三点弯曲仿真试验验证其准确性,然后根据等刚度设计原理,确定CFRP防撞梁的厚度,并通过保险杠低速碰撞有限元仿真对比分析两种材料防撞梁的抗撞性能。在此基础上,以质量、比吸能、最大侵入量和碰撞力峰值为目标,采用熵权TOPSIS方法对CFRP防撞梁进行铺层优化,确定出最优铺层方案。结果表明,在保证抗撞性能要求的条件下,优化后的CFRP防撞梁比原钢制防撞梁减轻了76.82%。     

考虑结构、材料和工艺要求的复合材料B柱优化

为实现汽车轻量化,提高汽车耐撞性,并考虑汽车B柱结构形式和材料特性,采用了一种复合材料B柱削层结构。利用复合材料可通过削层工艺方便地实现变截面厚度的特性,分两步对复合材料B柱削层结构进行了多目标的优化。首先,通过分析B柱结构形式确定削层区域,以轻量化为目标,构建代理模型并采用多岛遗传算法进行优化,得到各个子层区域的铺层层数。然后,综合考虑削层结构的工艺和性能特点,研究不同铺层角度和铺层顺序对耐撞性的影响,确定了铺层最佳方案。最终结果表明,在满足工艺要求的条件下,复合材料B柱结构的质量减轻了61.4%,并提升了整车在顶压和侧面碰撞中的耐撞性。     

碳纤维复合材料车轮试制方法

本次研制的碳纤维复合材料车轮为分体式结构,主要包括碳纤维壳体、铝合金芯轴,另外还有与之匹配的隔热垫。壳体采用近百层预浸料逐层计算、层层铺覆,经模压高温固化成型。本次使用的碳纤维复合材料的基体耐热性不高,抗压能力不足够高以及碳纤维复材本身的各向异性明显等特性给新产品试制带来了巨大挑战。通过科学的结构设计、选材以及科学的铺层设计和计算,为了适应车轮复杂的受力环境,合理设计铺层数量和合理的纤维的方向,使结果满足车轮的力学性能,经相关力学试验验证,满足了设计目标,通过必要的工装及其辅助装置,进行了某小型纯电动车碳纤维复合材料车轮的开发试制,通过本次试制,积累了在碳纤维复合材料方面的试制经验,为该类件的新产品开发提供参考和借鉴。     

基于抗撞性的汽车B柱碳纤维加强板优化设计

考虑到碳纤维增强聚合物基复合材料的特点,本文中将某乘用车B柱原钢材加强板用碳纤维材料替代,并进行优化。首先在整车侧面碰撞有限元模型的基础上进行B柱子结构模型的解耦,利用子结构动态模型进行了B柱加强板的材料替换和性能计算,确定了初始纤维板铺层和厚度;为充分发挥复合材料可设计性的优势,采用面向复合材料的结构优化方法进行了纤维复合材料的铺层厚度、角度和铺层顺序优化。对比原车结构,在抗撞性不变的前提下,碳纤维B柱加强板取得显著的轻量化效果。     

板簧的可靠性设计

重点介绍了板簧可靠性设计的方法。在基本随机变量的概率特性已知的情况下，使用二阶矩方法对板簧的可靠性进行设计，并且编制了实用的计算机程序，可以迅速准确地得到板簧的可靠性设计参数。     

商用车复合材料板簧的开发

对一种重型商用车复合材料板簧的性能进行了探讨。通过有限元分析完成板簧结构设计和复合材料性能研究,采用层积/模压成型工艺完成复合材料板簧的研制,并对复合材料板簧的刚度和疲劳性能进行了考察。结果表明:新开发的复合材料板簧的刚度及疲劳性能满足目标车型的板簧技术要求,具有明显降重效果。     

半挂车轻量化板簧的开发研究

首先介绍了几种典型的复合材料(主)+弹性体(副)板簧结构,然后对复材-弹性体板簧的工作原理和设计原则进行了阐述,接着将其应用于半挂车底盘弹性元件的开发。新结构板簧既满足了基本连接及弹性功能,又实现了保护复合材料板簧过载、提高总成寿命的目的。通过相关测试证明了新型板簧的复合结构和设计方法的可行性和有效性。     

轻型电动载货车减磨板簧的设计与分析

目前轻型电动载货车多采用普通少片板簧配置,板簧弯曲时各片因相对滑动产生的板间噪声严重降低了用户满意度。针对这一问题,设计一种带减磨垫的轻量化少片板簧,通过弹性特性试验对比分析,减磨板簧在静刚度方面满足设计要求,在动刚度方面优于普通少片板簧。通过可靠性试验分析,减磨板簧在满足可靠性前提下,有效解决了板簧噪声问题,但整车舒适性提升效果不明显。总之,所设计的减磨板簧实现轻量化,严控成本增加并有效解决了用户反馈问题,具有较强的实际应用价值。     

连续碳纤维增强复合材料汽车顶盖铺层优化

本文中基于抗雪压性能需求,对连续碳纤维增强复合材料汽车顶盖结构开展了多层次铺层优化设计。首先,进行了连续碳纤维增强复合材料力学性能试验和参数反求,并将分析所得应力应变曲线与试验结果对比,结果误差均在允许范围之内,验证了所选取的材料本构模型参数的正确性。然后,以顶盖质量最小化为目标,开展了汽车顶盖自由尺寸优化、尺寸优化和层组优化,在优化过程中同时兼顾了工艺约束和顶盖刚度两个方面的要求。优化后,连续碳纤维增强复合材料汽车顶盖的质量比原始钢制件减轻了59.3%,顶盖在加载过程中未出现明显的屈曲现象,满足设计要求。     

舒适性钢板弹簧设计与优化分析

通过对某一轻型商用车进行道路振动试验,发现该车辆在空载工况下的后悬架平均隔振率仅为65%,衰减振动能力一般。而且,当车辆过坑、过坎时,后轮存在明显的跳动现象,严重影响了乘坐舒适性。为了解决上述问题,文章综合运用了匹配设计、仿真与试验的方法,对钢板弹簧的结构进行了优化。对比试验结果表明,在不牺牲整车姿态、操稳性能与可靠性能的前提下,板簧结构优化方案明显提升了悬架的隔振性能与整车的平顺性能。     

基于代理模型的复合材料带加强筋板多目标优化

本文以复合材料带加强筋板的质量、刚度及屈曲载荷为优化目标,在铺层约束下对加强筋的铺层数、铺层顺序以及截面尺寸进行多目标优化。为了使NSGA-Ⅱ算法适应于可变铺层数的铺层顺序优化,对算法的基因编码方式进行改造并在遗传操作中引入Permutation操作。优化过程中采用代理模型对结构的刚度及屈曲载荷进行估计,减少了有限元模型的调用次数。算例表明通过优化算法的改造及代理模型的引入降低了优化成本。     

载货车板簧支架轻量化设计

为了实现整车轻量化,根据载货车板簧支架的实际使用情况,运用拓扑优化对板簧支架进行轻量化设计。根据经验工况设计后验证支架出现断裂现象,对加载工况重新定义,最终完成强化并通过试验验证,成功实现板簧支架轻量化。     

碳纤维复合材料防撞梁轻量化设计

为某车型设计了碳纤维复合材料防撞梁,建立了其有限元分析模型,并用传统钢制防撞梁碰撞试验与仿真结果对比验证了模型准确性。然后采用全因子实验设计确定其横截面形状与铺层顺序的最优组合,最后应用NSGA-Ⅱ遗传算法对防撞梁结构铺层厚度进行了多目标优化。结果表明,在其碰撞性能提高的基础上,轻量效果达到将近65%,且优化后的防撞梁结构与吸能盒和前纵梁结构连接后,在高速碰撞过程中变形模式更合理。