环氧树脂/碳纤维复合材料在汽车悬架结构中的强化设计应用
发布时间：2021-11-22 00:12
利用环氧树脂/碳纤维复合材料对悬架控制臂进行了改进设计,通过有限元软件对环氧树脂/碳纤维材料和铝合金材料控制臂进行了对比仿真。结果表明:在B铰链处施加载荷激励,铝合金材料的应变远大于环氧树脂/复合材料的应变,说明环氧树脂/碳纤维复合材料强度更大;在B铰链处环氧树脂/碳纤维复合材料控制臂的位移对载荷激励的灵敏度更低;对环氧树脂/碳纤维复合材料控制臂的B铰链处施加沿y方向载荷,随着载荷激励水平的增加,控制臂的最大应力近似线性增加;环氧树脂/碳纤维复合材料控制臂的特征频率和角频率比铝合金材料控制臂的特征频率和角频率大,发生共振的概率较小,具有更好的动态特性。
【文章来源】：塑料科技. 2020,48(09)北大核心
【文章页数】：5 页
【图文】：
悬架控制臂
采用Pro/E 5.0软件对悬架控制臂进行建模，通过几何拉伸和旋转扫描操作完成。悬架控制臂的厚度为8 mm,A处铰链的外径为20 mm，内径为10 mm;B处铰链的外径为50 mm，内径为30 mm;C处铰链的外径为10 mm，内径为5 mm。将已建立的三维模型导入Comsol软件中进行有限元分析。网格划分需要尽可能地合适和细密，提高模型计算的准确性。但是网格不能过度细化，导致求解规模过大，对计算机性能要求苛刻。由于控制臂是薄板零件，选取自由四面体网格划分比较合适。为了确保结果的准确性，通过在Comsol软件中采取多种网格尺寸进行网格无关性检查，直到多次数值仿真的结果比较接近。因此，最终选取网格单元为自由四面体网格，预定义大小选择常规，图2为控制臂网格划分。网格划分几何共包含1个域、23个边界、88条边和79个顶点，划分之后完整网格包含3 479个域单元、2 484个边界单元和446个边单元，最小单元质量为0.03225，自由网格划分时间为1.68 s，网格匹配率95%，最大纵横比为3.5。1.3 材料参数定义
在B铰链处施加沿x方向边界载荷激励，大小为1 000 N/m2。图3为控制臂材料分别为铝合金及环氧树脂/碳纤维复合材料的控制臂应力应变图。由图3a和图3c可知，环氧树脂/碳纤维复合材料和铝合金材料的最大应力都为0.11 MPa，且应力的分布也基本保持一致。控制臂的最大应力没有出现在载荷施加的位置，而是出现在控制臂的过渡圆角位置，尤其是上连接板两侧的分布应力比其他位置的应力大。由图3b和图3d可知，应变分布随控制臂材料变化较小，在载荷施加处的应变最大。环氧树脂/碳纤维复合材料的最大应变为9.2×10-4 m，铝合金材料的最大应变为16.5×10-4 m，说明环氧树脂/碳纤维复合材料具有更好的强度。在B铰链处施加沿y方向的边界载荷作为激励，大小为1000 N/m2，图4为控制臂材料分别为铝合金及环氧树脂/碳纤维复合材料的控制臂应力应变图。由图4a及图4c可知，环氧树脂/碳纤维复合材料和铝合金材料的最大应力都为1.6 MPa。控制臂的最大应力出现在C处上连接板的中间铰链孔位置。由图4b及图4d可知，应变分布随控制臂的材料变化较小，在载荷施加处的应变最大。环氧树脂/碳纤维复合材料的最大应变为0.076 m，铝合金材料的最大应变为0.126 m，大于环氧树脂/碳纤维复合材料的应变。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维复合材料悬架控制臂轻量化设计研究[J]. 刘越,蒋荣超,刘大维,陈焕明,张涛. 玻璃钢/复合材料. 2019(08)
本文编号：3510538
【文章来源】：塑料科技. 2020,48(09)北大核心
【文章页数】：5 页
【图文】：
悬架控制臂
采用Pro/E 5.0软件对悬架控制臂进行建模，通过几何拉伸和旋转扫描操作完成。悬架控制臂的厚度为8 mm,A处铰链的外径为20 mm，内径为10 mm;B处铰链的外径为50 mm，内径为30 mm;C处铰链的外径为10 mm，内径为5 mm。将已建立的三维模型导入Comsol软件中进行有限元分析。网格划分需要尽可能地合适和细密，提高模型计算的准确性。但是网格不能过度细化，导致求解规模过大，对计算机性能要求苛刻。由于控制臂是薄板零件，选取自由四面体网格划分比较合适。为了确保结果的准确性，通过在Comsol软件中采取多种网格尺寸进行网格无关性检查，直到多次数值仿真的结果比较接近。因此，最终选取网格单元为自由四面体网格，预定义大小选择常规，图2为控制臂网格划分。网格划分几何共包含1个域、23个边界、88条边和79个顶点，划分之后完整网格包含3 479个域单元、2 484个边界单元和446个边单元，最小单元质量为0.03225，自由网格划分时间为1.68 s，网格匹配率95%，最大纵横比为3.5。1.3 材料参数定义
在B铰链处施加沿x方向边界载荷激励，大小为1 000 N/m2。图3为控制臂材料分别为铝合金及环氧树脂/碳纤维复合材料的控制臂应力应变图。由图3a和图3c可知，环氧树脂/碳纤维复合材料和铝合金材料的最大应力都为0.11 MPa，且应力的分布也基本保持一致。控制臂的最大应力没有出现在载荷施加的位置，而是出现在控制臂的过渡圆角位置，尤其是上连接板两侧的分布应力比其他位置的应力大。由图3b和图3d可知，应变分布随控制臂材料变化较小，在载荷施加处的应变最大。环氧树脂/碳纤维复合材料的最大应变为9.2×10-4 m，铝合金材料的最大应变为16.5×10-4 m，说明环氧树脂/碳纤维复合材料具有更好的强度。在B铰链处施加沿y方向的边界载荷作为激励，大小为1000 N/m2，图4为控制臂材料分别为铝合金及环氧树脂/碳纤维复合材料的控制臂应力应变图。由图4a及图4c可知，环氧树脂/碳纤维复合材料和铝合金材料的最大应力都为1.6 MPa。控制臂的最大应力出现在C处上连接板的中间铰链孔位置。由图4b及图4d可知，应变分布随控制臂的材料变化较小，在载荷施加处的应变最大。环氧树脂/碳纤维复合材料的最大应变为0.076 m，铝合金材料的最大应变为0.126 m，大于环氧树脂/碳纤维复合材料的应变。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维复合材料悬架控制臂轻量化设计研究[J]. 刘越,蒋荣超,刘大维,陈焕明,张涛. 玻璃钢/复合材料. 2019(08)
本文编号：3510538
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3510538.html
