碳纤维复合材料圆柱螺旋弹簧的刚强度设计方法研究

发布时间：2017-09-21 06:12

  本文关键词：碳纤维复合材料圆柱螺旋弹簧的刚强度设计方法研究

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【摘要】：使用先进轻质材料替换传统金属材料的方法作为汽车轻量化设计的重要方法得到了越来越广泛的推广。悬架用碳纤维复合材料圆柱螺旋弹簧即是一种汽车工程领域的典型应用。通过文献研究后发现，针对碳纤维复合材料圆柱螺旋弹簧的相关的理论研究较少，尤其对该类型弹簧的刚度和强度的设计方法研究较为缺乏，，本文针对这一问题开展了相关的研究。本文研究的碳纤维复合材料圆柱螺旋弹簧，其簧丝所用芯材为Peek（聚醚醚铜），簧丝外部为以±β角交替铺层的碳纤维复合材料。将该弹簧进行适当的简化后，建立了碳纤维复合材料圆柱螺旋弹簧模型。结合碳纤维复合材料本身的层叠结构和非均匀、各向异性性质等特点，参考普通金属圆柱螺旋弹簧的刚度和强度的计算方法，利用分层积分之后求和的能量计算方法得到了碳纤维复合材料圆柱螺旋弹簧的刚度和强度的计算公式。在此基础上，进一步研究了碳纤维复合材料圆柱螺旋弹簧的刚度、强度设计方法，并分析了各结构参数与碳纤维复合材料圆柱螺旋弹簧的刚强度之间的影响关系。为校核文中得到的碳纤维复合材料圆柱螺旋弹簧的刚度和强度的计算公式及设计方法的正确性，利用有限元分析软件Ansys对其进行了建模及仿真分析。计算结果表明，利用公式所得到的理论结果与仿真计算的相关结果误差较小，所得到的碳纤维复合材料圆柱螺旋弹簧的刚强度计算公式和设计方法是合理有效的，可为碳纤维复合材料圆柱螺旋弹簧的工程应用提供一定参考。
【关键词】：刚度 强度 螺旋弹簧 碳纤维 复合材料
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH135;TB332
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-9
• 第1章 引言9-20
• 1.1 研究背景9-16
• 1.1.1 汽车轻量化9-10
• 1.1.2 复合材料概况10-15
• 1.1.3 碳纤维复合材料螺旋弹簧简介15-16
• 1.2 研究现状16-18
• 1.2.1 国内外研究现状16-18
• 1.2.2 研究问题的提出18
• 1.3 研究内容及研究意义18-19
• 1.3.1 研究内容18
• 1.3.2 研究意义18-19
• 1.4 本文结构19-20
• 第2章 弹簧模型20-25
• 2.1 引言20-21
• 2.2 研究对象21-22
• 2.3 模型建立22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 刚度计算25-38
• 3.1 引言25-28
• 3.1.1 螺旋弹簧的刚度25
• 3.1.2 普通弹簧刚度计算方法25-27
• 3.1.3 复合材料螺旋弹簧刚度的计算27-28
• 3.2 刚度计算28-36
• 3.2.1 刚度计算方法28-33
• 3.2.2 参数影响分析33-36
• 3.3 本章小结36-38
• 第4章 强度计算38-52
• 4.1 引言38-42
• 4.1.1 螺旋弹簧的强度38
• 4.1.2 普通弹簧强度的计算方法38-41
• 4.1.3 复合材料螺旋弹簧强度的计算41-42
• 4.2 计算方法42-50
• 4.2.1 基本分析42
• 4.2.2 应力修正系数的求解42-47
• 4.2.3 强度的求解47-50
• 4.2.4 参数影响分析50
• 4.3 本章小结50-52
• 第5章 弹簧刚强度设计方法52-56
• 5.1 普通螺旋弹簧设计52
• 5.2 碳纤维复合材料弹簧设计52-54
• 5.2.1 设计参数53
• 5.2.2 设计方法53-54
• 5.3 本章小结54-56
• 第6章 仿真校核56-75
• 6.1 引言56
• 6.2 复合材料有限元仿真56-57
• 6.3 金属弹簧有限元仿真57-62
• 6.4 算例分析62-74
• 6.4.1 复合材料圆柱螺旋弹簧算例63-64
• 6.4.2 有限元模型建立64-68
• 6.4.3 弹簧刚强度的仿真结果68-74
• 6.5 本章小结74-75
• 第7章 总结及展望75-76
• 7.1 论文工作总结75
• 7.2 未来工作展望75-76
• 参考文献76-78
• 致谢78-80
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果80

【参考文献】

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1 隋刚,范勇峥,仲伟虹,张佐光,孙志杰,陈儒文;复合材料圆柱螺旋弹簧的制造与实验研究[J];复合材料学报;2001年01期

2 文献民,王本利,马兴瑞;复合材料圆管构件等效模量的计算方法[J];复合材料学报;1999年02期

本文编号：892826