懸架扭轉(zhuǎn)梁是汽車底盤關(guān)鍵零部件,對其進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)有助于降低汽車非簧載質(zhì)量,提高燃油經(jīng)濟(jì)性,改善汽車行駛性能。考慮到碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和良好的可設(shè)計(jì)性,本文將其應(yīng)用于汽車懸架扭轉(zhuǎn)梁橫梁結(jié)構(gòu),研究碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料扭轉(zhuǎn)梁橫梁輕量化設(shè)計(jì)方法,對輕質(zhì)高強(qiáng)汽車懸架結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)開發(fā)具有重要的借鑒意義。首先,在探討碳纖維復(fù)合材料力學(xué)理論基礎(chǔ)上,通過真空輔助成型法結(jié)合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制作力學(xué)性能試樣,進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)以及面內(nèi)剪切試驗(yàn),整理測量數(shù)據(jù),計(jì)算得到碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能參數(shù)。其次,建立鋼質(zhì)扭轉(zhuǎn)梁有限元模型,確定分析工況和邊界條件,仿真得到U型鋼質(zhì)橫梁的性能�；诘葎偠仍O(shè)計(jì)理論確定U型碳纖維復(fù)合材料橫梁的厚度,對比分析仿真結(jié)果,結(jié)合薄板結(jié)構(gòu)幾何特性將扭轉(zhuǎn)梁橫梁結(jié)構(gòu)U型截面改為S型截面,驗(yàn)證改進(jìn)效果�；趶�(fù)合材料設(shè)計(jì)原則,采用包括自由尺寸優(yōu)化、尺寸優(yōu)化以及層組次序優(yōu)化的多層次優(yōu)化方法得到S型碳纖維復(fù)合材料橫梁的最佳鋪層方案。最后,在前述最佳鋪層方案的基礎(chǔ)上,將碳纖維復(fù)合材料的鋪層厚度以及鋪層角度作為設(shè)計(jì)變量,構(gòu)建設(shè)計(jì)變量與結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)之間的近似模型,結(jié)合NSGA-II算法和蒙特... 

【文章來源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

碳纖維復(fù)合材料各領(lǐng)域占比[1]

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文2能�？紤]到碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和良好的可設(shè)計(jì)性，將其應(yīng)用于懸架扭轉(zhuǎn)梁橫梁結(jié)構(gòu)，可大幅度提高其輕量化水平。由于碳纖維復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝中受到多種不確定性因素的影響，在傳統(tǒng)的確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上充分考慮設(shè)計(jì)參數(shù)的不確定性，研究碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料扭轉(zhuǎn)梁橫梁輕量化設(shè)計(jì)方法，對輕質(zhì)高強(qiáng)汽車懸架結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)開發(fā)具有重要的借鑒意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1碳纖維復(fù)合材料在輕量化領(lǐng)域研究現(xiàn)狀碳纖維的相關(guān)研究最早可追溯到1879年，美國科學(xué)家愛迪生在制備白熾燈燈絲材料的過程中，將棉線在高溫作用下碳化得到了最早的碳纖維，但這種制備方法存在眾多缺陷。之后制備碳纖維的方法研究進(jìn)展緩慢，直到20世紀(jì)50年代碳纖維才真正登上歷史舞臺[1]。1959年，日本大阪工業(yè)研究所的近藤昭男博士（AkioShindo）通過聚丙烯腈（PAN）纖維先氧化后碳化的方法，得到了具有較好強(qiáng)度和模量性能的碳纖維。1963年，英國瓦特博士等人借鑒近藤昭男博士的氧化-碳化方法[2]，添加了增強(qiáng)拉伸應(yīng)力的工藝，進(jìn)一步提升了碳纖維的性能，并由此開啟了碳纖維復(fù)合材料的工業(yè)化生產(chǎn)。隨著碳纖維復(fù)合材料制備技術(shù)與制造工藝的不斷提高，碳纖維復(fù)合材料在交通、能源、醫(yī)療、航空航天、機(jī)械等行業(yè)的應(yīng)用步伐不斷加快。2012年，全球碳纖維需求量約為4.3萬噸，呈穩(wěn)步增長，年均增長率均在10%以上，預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到13萬噸，近幾年全球碳纖維年需求量如圖1.2所示。碳纖維復(fù)合材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能和良好的可設(shè)計(jì)性，在輕量化領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢，國內(nèi)外許多學(xué)者對其在工業(yè)領(lǐng)域的輕量化應(yīng)用開展了大量的研究工作。圖1.2碳纖維復(fù)合材料全球年需求量[1]

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文912112212211221122211121221661221121111EEQQEQGEQ，，2-(10)式中：E1為縱向彈性模量；E2為橫向彈性模量；v12為主泊松比；G12為剪切彈性模量。但在實(shí)際應(yīng)用中，單層板的材料主應(yīng)力坐標(biāo)系與幾何參考的一般坐標(biāo)系不太一致，因此需要建立在一般直角坐標(biāo)系下單層板的本構(gòu)關(guān)系，如圖2.1所示。圖2.1材料主應(yīng)力方向坐標(biāo)系和一般坐標(biāo)系通過原單層板材料主應(yīng)力坐標(biāo)系的應(yīng)力分量和應(yīng)變分量來表達(dá)一般坐標(biāo)系下的應(yīng)力分量和應(yīng)變分量，轉(zhuǎn)換關(guān)系為：22cos2sin212sin212sincossin2sinsincos22cos2sin212sin212sincossin2sinsincos12212222211221222221xyxy2-(11)根據(jù)上述轉(zhuǎn)換關(guān)系，我們可以推導(dǎo)出單層板在一般坐標(biāo)系下應(yīng)力-應(yīng)變的本構(gòu)關(guān)系為：xyxyQQQQQQQQQ21261666262212161211212-(12)其中，—Qij與Qij具有如下關(guān)系：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]扭轉(zhuǎn)梁懸架碳纖維復(fù)合材料橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]. 蔣榮超,劉越,劉大維,王登峰,孫海霞.  汽車工程. 2020(02)
[2]碳纖維復(fù)合材料的乘用車前端結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)[J]. 張大鵬,孫忠輝,李振輝.  長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(05)
[3]碳纖維復(fù)合材料懸架控制臂輕量化設(shè)計(jì)研究[J]. 劉越,蔣榮超,劉大維,陳煥明,張濤.  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2019(08)
[4]碳纖復(fù)合材料汽車蓄電池殼體優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 胡仁祥,周金宇.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2017(12)
[5]基于可靠性的結(jié)構(gòu)動態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化方法[J]. 唐東峰,游世輝.  湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(10)
[6]碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料汽車保險(xiǎn)杠的輕量化設(shè)計(jì)[J]. 王慶,盧家海,劉釗,朱平.  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(02)
[7]大學(xué)生方程式賽車復(fù)合材料單體殼車身優(yōu)化[J]. 余海燕,徐豪,周辰曉.  同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(11)
[8]汽車碳纖維復(fù)合材料混合傳動軸設(shè)計(jì)研究[J]. 鄭總政.  科技與創(chuàng)新. 2016(08)
[9]汽車車橋的失效機(jī)理與可靠性分析[J]. 彭顯尚.  科技風(fēng). 2016(04)
[10]基于改進(jìn)自適應(yīng)遺傳算法的復(fù)合材料鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 陸振玉,張恩陽,劉波.  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2016(02)

博士論文
[1]轎車懸架零部件性能匹配與輕量化多目標(biāo)優(yōu)化方法研究[D]. 蔣榮超.吉林大學(xué) 2016
[2]代理模型近似技術(shù)研究及其在結(jié)構(gòu)可靠度分析中的應(yīng)用[D]. 李堅(jiān).上海交通大學(xué) 2013
[3]基于kriging代理模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及其在注塑成型中的應(yīng)用[D]. 高月華.大連理工大學(xué) 2009

碩士論文
[1]某車型車門結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化[D]. 耿少飛.廣西科技大學(xué) 2019
[2]混雜纖維復(fù)合材料汽車引擎蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 黃繼峰.江蘇理工學(xué)院 2018
[3]復(fù)合材料懸架橫臂的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 高希.中北大學(xué) 2014
[4]碳纖維轎車保險(xiǎn)杠橫梁的設(shè)計(jì)[D]. 吳瓊.武漢理工大學(xué) 2014
[5]基于等剛度原理的鋁合金車門的多目標(biāo)優(yōu)化[D]. 吳洪亮.合肥工業(yè)大學(xué) 2014
[6]高速沖床傳動系統(tǒng)壽命周期可靠性關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 張會杰.重慶大學(xué) 2013
[7]NSGA2算法及其在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)優(yōu)化中的應(yīng)用[D]. 張利.西南交通大學(xué) 2013
[8]碳纖維復(fù)合材料發(fā)動機(jī)罩優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]. 韓鵬.吉林大學(xué) 2011
[9]基于ANSYS軟件PDS模塊機(jī)械零件狀態(tài)函數(shù)靈敏度分析[D]. 李響鑄.吉林大學(xué) 2008
[10]復(fù)合材料加筋壁板鋪層參數(shù)及穩(wěn)定性優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 常楠.西北工業(yè)大學(xué) 2007



本文編號：3227435