玻璃纤维增强树脂基复合材料汽车板簧优化设计及分析开题报告

 2020-02-20 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

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。

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。

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。

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2. 研究的基本内容与方案

石油资源的不断减少,油价的不断上涨,以及环境污染问题的日益加剧,给汽车产业的进一步发展带来了新的挑战。汽车的发展不得不向节能减排的方向前进。除了开发新能源汽车,减轻车体的质量也可以在一定程度上减少燃油消耗,减少尾气排放。所以汽车零部件的轻量化也必然成为研究的重点。

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。本文重点研究和讨论了如下几个方面的问题:

(1)对悬架系统、板簧和复合材料方面的发展情况进行综述。

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3. 研究计划与安排

第1周:确定论文主题方向,进行论文题目的筛选。


第2周:以论文题目为核心,对相关资料进行收集和翻阅。


第3周:对已搜集的资料加以整理,论证分析论文的可行性、实际性,将论文题目和大致范围确定下来,进行开题报告。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] malikoutsakis, michail 1.design,analysis and multi-disciplinary optimization of high-performance front leafsprings. theoretical and applied fracture mechanics 2016 vol.83 p42-50 0167-8442

[2] youxia shan;chaojun deng;wenshunhu;junwei chen;xiuping chen;shaoquan zheng;qiaoping qin. first insight intodiversity of leaf color of loquat (eribotrya) and its potential value ontaxonomy. genetic resources and crop evolution 2019 vol.66 no.1 p143-163 0925-9864;1573-5109

[3] stylianos karditsas;georgiossavaidis;michail malikoutsakis. advanced leaf spring design and analysis withrespect to vehicle kinematics and durability. international journal ofstructural integrity 2015 vol.6 no.2 1757-9864

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