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复合材料汽车板簧的优化设计及其有限元分析
| 论文题名： | 复合材料汽车板簧的优化设计及其有限元分析 |
| 关键词： | 复合材料;汽车板簧;优化设计;有限元分析;悬架系统 |
| 摘要： | 传统的汽车板簧一直采用耐疲劳性能极好的弹簧钢来制造。但随着汽车安全、节能和环保等要求的不断提高，汽车轻量化逐渐成为研究的重点。树脂基复合材料，作为汽车上重要的轻量化材料，越来越多地取代了传统的金属材料。与钢铁、铝合金等传统材料相比，树脂基复合材料具有重量轻、比强度高、耐腐蚀、减振性能好、可设计性强、易于加工等优点，并且实践证明，在汽车上大量使用树脂基复合材料可以显著减轻汽车自重、降低油耗、提高汽车安全舒适性，同时还可减少环境污染和降低汽车的制造与使用综合成本。因此，研究国内外汽车复合材料板簧技术，设计适合我国汽车工业发展的复合材料板簧，对实现我国汽车板簧轻量化，提高驾驶的舒适性、稳定性及耐用性，缩短设计周期、提高效率等工作具有重要意义。 本文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E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。 首先概述了悬架系统、板簧和复合材料方面的发展情况。接着介绍了复合材料力学当中有关复合材料层合板的相关理论，包括复合材料层合板的特点，层合板的应变、内力和应力-应变关系等内容。在有关复合材料层合板力学相关理论的基础上，以最小的板簧质量为目标函数，以板簧的尺寸参数为设计变量，以板簧的强度和刚度为约束条件，建立了复合材料汽车板簧的优化数学模型，并结合某车型板簧的原始数据，调用MATLAB优化工具箱中的有约束非线性优化函数求得板簧最小质量下的最佳尺寸。在得到板簧优化设计的结果后，采用PROE软件建立了板簧的三维几何模型，然后导入有限元分析软件ANSYS中分析了板簧的装配过程，并分析了满载载荷下的变形、应力和刚度。最后研究了板簧在正弦载荷作用下片端的位移响应和动刚度，并进行了疲劳寿命的仿真分析，预测了板簧的疲劳寿命。 |
| 作者： | 李宇菲 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 赵燕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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