复合材料车用板簧设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

板簧作为汽车悬架的重要组成部件，承受和传递车架与车桥之间的垂直力和垂直力以外的各种力及其所形成的力矩，并保证车轮相对于车架（或车身）按一定的关系运动，缓和及抑制不平路面所造成的冲击，保证汽车行驶的平顺性和操纵稳定性，工作条件恶劣。目前，汽车钢板弹簧主要由优质合金钢制成，占车体自重的5%～7%，而且存在生产工序多、设备占地面积大、能耗高等缺点。尤其是近年来石油价格飙涨、环境保护及安全舒适标准的提高，钢板弹簧已渐渐难以满足未来汽车行业的要求。为解决这一问题，国内外研究人员围绕着板簧的材料与结构进行了大量的研究工作，并研制出了“以塑代钢”的复合材料板簧。与传统钢制板簧相比，复合材料板簧具有质量轻、弹性应变大、比应变能高、疲劳寿命长及“安全断裂性”好等特点。然而，由于材料与加工技术限制，复合材料板簧的研究进展缓慢，相关的理论及技术也相当贫乏。近年来，由于汽车向轻量化方向发展的呼声愈来愈高，复合材料板簧受到了汽车行业的广泛关注。目前，复合材料己经在汽车上大量使用，势必取代相应的传统金属材料。国外实践表明：使用新型的复合材料可显著减轻汽车重量，在节能减排的同时，可以保证汽车平顺性、降低制造与使用的综合成本，对厂商、消费者和环境都有益。

在新世纪节能减排的趋势下，汽车开始了径量化设计研究，国内外汽车轻量化的新材料、新结构。对于汽车而言，通过利用新材料和新结构来降低车身质量是当今汽车轻量化的主要方向。所以本课题的实现对促进我国自主研发汽车、实现我国汽车弹簧轻量化，提高驾驶的舒适性、稳定性及耐用性，设计周期短、效率高等工作具有现实意义，同时也具有一定的应用前景。

2. 研究的基本内容与方案

国外早在20世纪60年代就对树脂基纤维増强复合材料阻尼性能进行了系统的研究。分析了复合材料各种姐分如：纤维、树脂基体、脱模剂、固化剂、浸润剂；以及纤维的铺层角度与铺设方式等方面对其阻尼特性的影响。八十年代末，复合材料板簧在美国正式投入商业化生产，广泛应用于重型卡车和牵引车上，重量仅为钢材板簧的1/3；德国IFCComposite公司推出一种新型板簧来代替奔驰、凌特（Sprinter）、大众Crafter车上的传统钢制板簧。该新型板簧与钢制板簧相比，质量减轻40～50%，仅重5.5kg，疲劳寿命可达20万次以上，高于金属板簧的16万次。复合材料板簧已经在全球诸多主机厂商的产品上得到大量应用，这些主机厂包括通用、福特、沃尔沃、戴姆勒-克莱斯勒、依维柯、康沃斯、彼得比尔特、国际卡车公司等。H.A.AI-Qureshi和Raiendran.I.对复合材料弹簧进行了分析、设计和加工方面的研究，并对样品进行测试，试验结果表明由玻璃纤维增强塑料制成的板簧性能很好。Sairam.K和Jaqodeesh.K.A.运用ANSYS软件对轻型车后悬架系统中用的一种复合材料钢板弹簧进行了分析和优化设计，并与同样条件下普通钢板弹簧的分析结果进行对比，比较结果表明优化后的复合材料板簧应力较低，固有频率较大，且弹簧重量减轻了很多。

相比于国外的研究，国内有关复合材料的研究在20世纪80年代也已经起步，国内诸多大学与研究所对复合材料的层合板理论、为学理论、各项性能、设计方法、加工工艺等进行研究。例如哈尔滨工业大学在1988年做了复合材料梁、板振动特性的分析与试验研究。钱军民等制备了新型泡沫阻尼吸声材料；英强等研究了纤维增强复合材料的阻尼性能。在21世纪初，工业对复合材料需求量激増，相关的研究也更加丰富与深入。李宇菲以汽车零部件当中的板簧为研究对象，根据复合材料轻质高强度的特点及其在汽车工业中的应用情况，选取合适的复合材料，即玻璃纤维增强树脂基复合材料，来取代传统的弹簧钢以减轻质量，并通过板簧结构的优化设计进一步减轻质量，最终达到轻量化的目的。凌荣江利用结构非线性有限元方法，考虑板簧工作中的大变形、各片之间的接触和摩擦等多种非线性因素，应用ANSYS建立钢板弹簧的有限元模型，分析计算了板簧的应力分布和刚度。李未对带有主副簧结构钢板弹簧的某车型进行研究，用复合材料代替钢板，建立复合材料板簧的力学模型，根据层合板理论，建立了数学模型，并以强度和刚度为约束条件，以质量最小为目标函数，利用MATLAB优化工具箱，得到了最小质量下板簧的最佳尺寸。

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

参考文献

[1]蔡富刚,王硕,郭福海,刘长江,魏岩军.高性能复合材料在轨道交通领域的发展现状[j].高科技纤维与应用,2020,45(02):22-29.

[2]高丰岭,王雪颖,战楠,卜晓兵.碳纤维复合材料车用结构设计与仿真研究综述[j].汽车科技,2020(02):74-80.