Анализ жесткости и демпфирующих характеристик композитной листовой рессоры

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 6842 (2022) Цитировать эту статью

3203 Доступа

4 цитаты

Подробности о метриках

Облегченная конструкция листовых рессор способствует снижению расхода топлива и повышению комфорта автомобиля. Очевидно, что вес листовой рессоры можно уменьшить за счет использования композитного материала. Жесткость и демпфирование являются ключевыми факторами, влияющими на свойства листовой рессоры. Влияние угла укладки стекловолокна и объемного содержания на жесткость и демпфирование композитной листовой рессоры было проанализировано посредством эксперимента и моделирования. Результаты показывают, что жесткость и демпфирующие свойства листовых рессор связаны с углом укладки волокон и объемным содержанием волокон. Когда объемное содержание и количество слоев постоянны, жесткость нелинейно уменьшается в зависимости от угла укладки, а коэффициент демпфирования линейно увеличивается с углом укладки. Когда угол укладки и количество слоев постоянны, жесткость увеличивается линейно с увеличением объема волокна; коэффициент демпфирования имеет нелинейную убывающую зависимость от объемного содержания волокна. Тип исследования может обеспечить теоретическую основу и рекомендации для проектирования, анализа и оптимизации композитной листовой рессоры.

В связи с необходимостью защиты окружающей среды, энергосбережения и сокращения выбросов, легкий вес стал нынешней тенденцией развития автомобилей. Кроме того, легкие автомобили также могут повысить мощность, комфорт, сэкономить материалы и снизить затраты1. Технология облегчения автомобилей — это комплексное применение дизайна, материалов и технологий производства. Двумя основными способами достижения легкого веса являются оптимизация конструкции и применение новых материалов. По сравнению со сталью той же структуры использование композитных материалов может значительно снизить вес, особенно разработка композитных материалов низкой плотности обеспечивает больший потенциал для облегчения автомобилей2. Среди многих композиционных материалов композиты с матрицей из стекловолокна и смолы обладают характеристиками более низкой плотности, более высокой прочности и жесткости, хорошей эластичности и коррозионной стойкости и т. д. Композиционные материалы широко используются в аэрокосмической, автомобильной промышленности, машиностроении и других областях3. 4. Большую часть упругих элементов в системе подвески коммерческого транспорта составляют листовые рессоры. Однако вес листовой рессоры велик, а эффективность демпфирования плохая, что не способствует легкости и комфорту автомобиля. Чтобы уменьшить вес подвески и улучшить ее демпфирующие характеристики, основным объектом исследования стали композитные рессоры5,6.

В последние годы широкое внимание привлекла композитная листовая рессора, армированная стекловолокном, как один из эффективных методов снижения вибрации и шума автомобильного шасси. Ке и др.7 представили метод расчета листовой рессоры, расчета и оптимизации жесткости. Гудуру и др.8 разработали разновидность монолитной композитной листовой рессоры из стекловолокна и эпоксидной смолы, вес которой снизился на 69,4% по сравнению с листовой рессорой. Путем изучения механических свойств различных композиционных материалов получен наиболее подходящий материал для изготовления однолистовой рессоры. Аль-Обаиди и др.9 изучили механические свойства композиционных материалов для изготовления листовых рессор. Результаты показывают, что несущая способность композитных рессор связана с углом укладки и объемным содержанием волокна, а тип матрицы оказывает существенное влияние на жесткость. Нишант Варма и др.10 показали, что естественная частота композитной листовой рессоры на 93% выше, чем у листовой рессоры. Чавхан и др.11 изготовили композитную листовую пружину из стекловолокна и эпоксидной смолы E и изучили ее механические свойства. Результаты показали, что прочность композитной листовой рессоры была близка к прочности стальной листовой рессоры, но вес композитной листовой рессоры был уменьшен на 79,13%. В статье авторы отмечают, что композитную рессору легко изготовить, но я думаю, что этот вывод не является строгим. При производстве композитной листовой рессоры следует учитывать различные факторы, такие как легкий вес, жесткость, прочность, усталость, деформация и т. д. Кроме того, производственный процесс довольно сложен, в противном случае образец листовой рессоры не может быть использован в реальном автомобиле. Уманат и др.12 представили метод изготовления листовой рессоры с использованием углеродного волокна и волокна ананаса в качестве композитного материала. В статье сравнивались прочность и жесткость двух композитных рессор. Прежде чем сравнивать прочность и твердость различных типов композитных рессор, следует проверить угол наложения волокон, объемное содержание и жесткость рессор. В то же время усталостные характеристики также являются важными характеристиками листовой рессоры, и в этой статье не проводится сравнительный анализ. Раджендран и др.13 представили, что при тех же параметрах конструкции и условиях оптимизации вес можно снизить на 75,6%, используя одну пластинчатую рессору вместо семилистовой рессоры. Деформация листовой рессоры оказывает большое влияние на комфорт езды и управляемость автомобиля. Когда авторы оптимизировали композитную листовую рессору, выбранными целями оптимизации были вес, жесткость и прочность листовой рессоры, при этом следует учитывать коэффициент деформации листовой рессоры. Хадзиме Киши и др.14 представили изготовление композитных ламинатов методом вакуумной разливки и сравнили механические свойства ламинатов из стекловолокна с углами укладки ± 60 ° и ± 45 °. Композитные ламинаты представляют собой легкие и тонкостенные конструкции, на их демпфирующие характеристики легко влияют масса датчика и демпфирование воздуха. Авторам следует учитывать вышеуказанные факторы в процессе исследования. Влияние различных методов наслаивания и химической обработки на механические свойства и свойства свободных колебаний композитов обсуждалось в литературе15. Маргерита Бассо и др.16 описали нелинейное поведение полимерных композитов, армированных коротким стекловолокном, посредством испытания на ползучесть при растяжении и испытания на деградацию жесткости.