国际科学、工程和技术创新研究杂志
菜单ISSN在线(2319 - 8753)打印(2347 - 6710)
ISSN在线(2319 - 8753)打印(2347 - 6710)
SushilB。Chopade1, Prof.K.M.Narkar2， Pratik K Satav3.
|
| 有关文章载于Pubmed，谷歌学者 |
更多相关文章请访问国际科学、工程和技术创新研究杂志
在今天的情况下，调查的主要权重是在保持产品强度的同时减轻产品的重量。在解决这一问题上，复合材料起着重要的作用。本文主要研究如何降低轻型车辆的重量。汽车悬架系统的首要部件是钢板弹簧，钢板弹簧具有相当大的重量，在工作过程中需要抵抗振动和颠簸，因此必须有足够的强度。本文的重点是利用复合材料减轻悬架系统的整体重量，提高钢板弹簧的承载能力。本研究的设计考虑因素是应力和挠度。重点介绍了应用有限元理论对两种钢板弹簧材料进行比较，并提出了一种强度重量比较高的钢板弹簧材料。用于比较的两种材料是;常规钢和复合e -玻璃/环氧树脂。本文比较了两种叶片弹簧的挠度和弯曲应力。在CATIA V5中对叶片弹簧进行实体建模，在ANSYS 14.5中对叶片弹簧进行分析。
关键字 |
| E-Glass/环氧树脂，CATIA V5R20，钢板弹簧，ANSYS 14.5 |
介绍 |
| 任何车辆的悬挂系统都包含钢板弹簧以吸收颠簸。车辆必须有一个良好的悬挂系统，可以提供良好的乘坐和良好的人体舒适度。据观察，钢板弹簧的失效通常是灾难性的。根据对钢板弹簧的研究，纵向强度最大、弹性模量最小的材料是最合适的材料。[2,6]为了减少这种故障所引起的事故，可以用逐渐失效的复合钢板弹簧代替常规钢板弹簧。通过这样做，车辆的重量也可以减少，同时保持钢板弹簧的强度。 |
| 复合材料只不过是两种材料的排列，从而产生一种不同于其任何成分的组合特性。在今天的场景中，这样做是有目的的，以实现产品的不同设计、制造和服务优势。本文中的钢板弹簧就是其中的代表产品，汽车制造商正在努力寻找能满足当前强度和减重要求的最佳复合材料，以取代现有的钢钢板弹簧。[1] |
| 本文的目的是设计钢板和复合材料制成的挠度和弯曲应力钢板弹簧。所考虑的车辆为四轮轻型车辆。钢板弹簧实体建模采用CATIA V5R20软件，分析采用ANSYS 14.5软件。具体目的是通过分析结果与有限元分析结果的比较，在上述两种材料中选择合适的钢板弹簧材料。对钢板弹簧的分析仅限于静载荷。 |
2工作目标 |
| 为了保护自然资源，节约能源，减重一直是汽车厂商目前发展的主要重点。采用更好的材料、优化设计和更好的制造工艺可以使汽车减轻重量，而钢板弹簧占汽车非弹簧重量的10% - 20%，是汽车减重的潜在项目之一。本文的工作目标有以下几点 |
| 1)采用有限元法对标准钢板弹簧和e -玻璃/环氧树脂复合钢板弹簧进行静力分析。求其挠度和弯曲应力。 |
| 2)标准钢板弹簧与复合钢板弹簧的效果比较。 |
| 3)理论计算结果验证 |
 |
A.常规钢板弹簧材料 |
| 用于传统钢板弹簧的材料通常是含碳0.90 ~ 1.0%的普通碳钢。[2,3] EN47适用于油淬火和回火。当EN47硬化后，它具有优异的韧性和抗冲击性，这使它成为一种适合的合金弹簧钢，用于暴露于应力，冲击和振动的部件。 |
B.复合弹簧的纤维选择 |
| 常用的纤维有碳、玻璃等。玻璃纤维的主要优点是成本低。它具有高强度、高耐化学性和良好的绝缘性能。缺点是弹性模量低，与聚合物的附着力差，疲劳强度低，密度大，增加了弹簧的重量和尺寸。玻璃纤维的种类有C-glass、S-glass和E-glass。e -玻璃纤维是一种高质量的玻璃，目前所有系统都使用e -玻璃纤维作为标准增强纤维，很好地符合力学性能要求。因此，e -玻璃纤维被发现适合于这种应用。 |
C.假设 |
| 1.所有非线性效应被排除在外 |
| 2.复合材料的应力应变关系为线性和弹性关系;因此，胡克定律适用于复合材料 |
| 3.钢板弹簧截面均匀 |
C.截面选择 |
| 在目前的工作中，只采用恒截面设计方法。由于整个钢板弹簧的截面和面积是恒定的，因此在制造过程中可以连续进料等量的增强纤维和树脂。[1] |
3钢板弹簧设计 |
A.具体设计数据 |
| 这里对“大使BS IV”四轮模型进行了称重和测量。 |
| 车辆的路肩重量= 1150公斤 |
| 承载能力= 450 Kg |
| 车辆总重量=1150+450=1600公斤 |
| 取物安全系数(FS) =1.15 |
| 重力加速度(g) = 10m /s2 |
| 因此, |
| 总重量(W) = 1600*10*1.15 =18400 N |
| 由于车辆是四轮的，一个叶片弹簧对应一个车轮占总重量的四分之一 |
| 因此;F = 18400/4 |
| = 4600 n |
| 下表一为所选车辆的常规钢板弹簧规格; |
 |
| 常规钢的力学性能如表二所示; |
 |
 |
 |
| 根据式I和式II，计算不同荷载值下常规钢板弹簧和复合钢板弹簧的挠度和应力值，见表IV;复合材料的杨氏模量和弹簧厚度不同。其余所有的值将与上面所述的相同。 |
| E = 34000牛/平方毫米 |
| t = 35毫米 |
 |
四、叶弹簧有限元 |
A.实体建模 |
| 在目前的工作中，单叶弹簧钢和复合材料的模型。为了对钢弹簧进行建模，选择了轻型商用车常规钢板弹簧的尺寸。由于叶片弹簧在中性轴上是对称的，因此只将叶片弹簧的一半作为悬臂梁进行建模，并在z方向上对叶片弹簧施加载荷。[2]采用相同的方法对复合板弹簧进行建模，但由于弹性模量较低，板弹簧厚度增大。用于叶片建模，弹簧CATIA V5R20。使用。 |
B.使用ansys 14.5进行有限元分析 |
| 将CATIA V5R20中建立的实体模型导入workbench ANSYS 14.5中，进行不同载荷工况下的静力分析。利用有限元分析(FEA)进行了应力-挠度分析。完整的分析过程是使用ANSYS-14.5完成的。为了进行有限元分析，FEA的一般过程分为三个主要阶段， |
| 预处理程序预处理程序是一种程序，它处理输入数据以产生输出，作为后续阶段(解决方案)的输入。图2(a)为材料为en47钢的钢板弹簧有限元模型，取边长8mm进行网格划分，共创建31777个单元，56965个节点。 |
| 方法:四面体 |
| 元件尺寸:3毫米 |
| 构成元素数量:31777 |
| 创建的节点数:56965 |
| 用同样的方法对复合钢板弹簧进行了分析。如图2(b)所示 |
| 元件尺寸:3毫米 |
| 不。构成元素的总数:52333 |
| 解决方案:这是完全自动的阶段。采用有限元分析软件生成单元矩阵。节点值和导数计算并保存在数据文件中。这些文件被后续阶段(后处理程序)进一步使用，通过图形显示和表格列表来审查和分析结果。[5] |
| 后处理程序:输出由字段变量的节点值及其导数组成。例如，在结构分析中，输出是单元中的节点位移和应力。后处理程序处理结果数据并以图形形式显示它们以检查或分析结果。图形输出提供了有关所需结果数据的详细信息。[5] |
 |
五、有限元分析结果与讨论 |
| 对两种材料的钢板弹簧进行了有限元分析，得到了不同载荷下钢板弹簧的变形和应力。图3。给出了常规钢板弹簧和复合钢板弹簧的变形和变形应力的结果。结果是最大负载，即4600 N |
 |
| 结果的表格形式如下表V所示，将en47和E玻璃/环氧复合材料钢板弹簧的分析结果和有限元分析结果进行比较，如表IV和表V所示，应力和变形值的百分比差异在10%至30%之间。此外，从表IV和表V中我们还可以看出，与en47相比，E- Glass /环氧树脂复合材料的理论和有限元分析结果都更小。图4显示了EN47和E玻璃/环氧复合材料的解析应力和有限元应力变化图。 |
| 同时也很少考虑材料的重量，如果我们使用复合材料，它减少了钢板弹簧的重量。下表VI显示了材料减重百分比。重量的减轻是由于材料的密度。 |
 |
 |
 |
六。结论 |
| 汽车行业对产品减重增强的研究提出了要求，复合材料应达到满足这些要求的水平。由于钢板弹簧对车辆的重量贡献很大，且需要足够的强度，因此根据复合材料的设计规律，设计并分析了单片E-Glass/环氧复合钢板弹簧。此外，它还显示了材料的相对减重在30-40%之间。此外，复合材料产生的应力也比传统的钢材料小。理论计算结果与有限元分析结果存在较大差异，建议对计算结果进行实验验证。本文的工作是在轻型四轮车上进行的。钢板弹簧样机未制造。由于本文的工作完全基于静态加载，因此可以对复合材料钢板弹簧的动态加载进行研究。 |
参考文献 |
|
