【技术实现步骤摘要】
一种多性能协同匹配的轻量化复合材料板簧设计方法
[0001]本专利技术涉及一种板簧设计方法,尤其是一种基于多种性能协同匹配技术的轻量化复合材料板簧设计方法,属于车辆悬架设计
技术介绍
[0002]随着经济的快速发展,能源问题和环境问题愈演愈烈,节能和环保已经成为汽车产品重点研究方向,其中轻量化是汽车必然的发展趋势。据统计,钢板板簧重量约占汽车自重的8~9%。在相同刚度的条件下,复合材料板簧重量约为钢板弹簧重量的40%,对汽车的经济性、动力性和舒适性有显著的提升作用。目前,轻量化可通过结构优化、工艺改进与新材料的应用三个途径来实现,其中新材料的应用是最有效措施。因此有必要提出一种切实可行的,实际有效的复合材料板簧的设计方法。在车辆行驶过程中,复合材料板簧主要承受着垂向力、纵向力、弯矩与扭矩作用,因此,在实现复合材料板簧轻量化的同时,还应保证复合材料板簧的可靠性能与减震性能。复合材料板簧的铺层方案对板簧机械性能的影响较大,因而可通过对复合材料板簧铺层工艺参数(包括层数、各层厚度、各层长度)的优化,来实现复合材料板簧的轻量化、可靠性与减震性能。而对铺层工艺参数传统的设计方法主要通过理论计算与试验来确定铺层工艺参数的取值范围,这种方法误差较大,而且采用该方法设计出来的复合材料板簧很难同时保证板簧的轻量化、可靠性与减震性能的要求。因此,提出一种基于多种性能协同匹配技术的轻量化复合材料板簧设计方法,解决确定最优铺层工艺参数精确值与同时满足板簧多种机械性能的问题。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多性能协同匹配的轻量化复合板材板簧设计方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1,制备复合材料层合板,并进行材料性能试验;步骤2,根据步骤1的试验结果,对复合材料板材板簧总成结构进行初始设计;步骤3,对复合材料板簧簧身进行初步铺层方案设计;步骤4,对复合材料板簧总成进行三维建模与有限元建模,并对复合材料板簧有限元进行仿真计算;步骤5,采用遗传算法对复合材料板簧的铺层方案优化设计,并对优化方案进行仿真验证分析;步骤6,对复合材料板簧样件试制,并进行性能试验,所述性能试验包括刚度试验、阻尼试验、振动试验与可靠性试验。2.根据权利要求1所述的多性能协同匹配的轻量化复合板材板簧设计方法,其特征在于:所述步骤1中,选取E玻璃纤维材料作为复合材料层合板中的增强材料层,选取聚氨酯为基材;并针对复合材料层合板进行机械性能试验,所述机械性能试验包括密度试验、弹性模量试验、伸长率试验及泊松比试验。3.根据权利要求2所述的多性能协同匹配的轻量化复合板材板簧设计方法,其特征在于:所述E玻璃纤维材料在复合材料层合板中所占的比例为其纤维体积含量,所述纤维体积含量为50%~70%;纤维在基体中的分布形态为纤维排布方向,所述纤维排布方向为40%~60%。4.根据权利要求1所述的多性能协同匹配的轻量化复合板材板簧设计方法,其特征在于:所述步骤2的具体步骤如下:步骤2.1,根据板簧刚度、动挠度与整车布置要求,确定板簧的自由弧高;步骤2.2,根据板簧轻量化要求,结合步骤1中复合材料层合板的密度,设计板簧簧身的几何结构,包括长度、宽度与厚度,所述簧身在长度方向上呈弧形,且厚度由中心向两端逐渐减小。5.根据权利要求1所述的多性能协同匹配的轻量化复合板材板簧设计方法,其特征在于:所述步骤3的具体步骤如下:步骤3.1,将复合材料层合板铺层角度均设置为45
°
;步骤3.2,采用Matlab遗传算法建立复合材料板簧多目标优化模型,优化变量选择铺层参数,优化目标选择复合材料板簧的刚度、强度和质量;步骤3.3,通过优化计算,确定板簧的铺层区,并确定每个铺层区的截面形状;步骤3.4,根据每个铺层区截面形状与层合板的厚度,确定每个铺层区的铺层数量;步骤3.5,根据每个铺层区的截面形状,确定每块层合板长度。6.根据权利要求5所述的多性能协同匹配的轻量化复合板材板簧设计方法,其特征在于:所述步骤3.3中,板簧的铺层区是根据板簧簧身的几何结构确定,分别为上表面等长铺层区、中间长度渐变铺层区、下表面等长铺层区...
【专利技术属性】
技术研发人员:张宝,邹小俊,朱光耀,刘凯,高加祥,古忠,
申请(专利权)人:南京依维柯汽车有限公司,
类型:发明
国别省市:
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