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基于復(fù)合材料靜態(tài)分析的輕型太陽(yáng)能汽車懸架系統(tǒng)測(cè)試

設(shè)計(jì)一款高效節(jié)能的汽車需要優(yōu)化很多方面，如傳動(dòng)系統(tǒng)效率、能量來(lái)源、空氣動(dòng)力學(xué)、質(zhì)量等。針對(duì)輕量化方面，由于復(fù)合材料能在減輕了部件質(zhì)量的同時(shí)還能保證部件有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性，因此制造廠商逐漸將注意力轉(zhuǎn)移到先進(jìn)復(fù)合材料的使用研究。本文針對(duì)約翰內(nèi)斯堡大學(xué)太陽(yáng)能賽車的前懸架系統(tǒng)進(jìn)行了復(fù)合材料輕量化設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1　2014年約翰內(nèi)斯堡大學(xué)太陽(yáng)能賽車俯視圖（單位：mm）

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅考察了太陽(yáng)能汽車的動(dòng)力性能（最高車速、加速度和爬坡能力），而且還對(duì)其耐久性等各項(xiàng)指標(biāo)都制訂出了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。因此，在設(shè)計(jì)前懸架時(shí)，要充分考慮懸架的造型結(jié)構(gòu)、空氣動(dòng)力學(xué)性能以及疲勞強(qiáng)度等。最終的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2　前懸架結(jié)構(gòu)圖

前懸架采用了雙橫臂設(shè)計(jì)，在上下A形橫臂、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和支柱上采用了高強(qiáng)度的碳纖維管材料。在使用碳纖維材料過(guò)程中，存在與鋁材料連接的粘結(jié)件和連接件，這部分零件的可靠性需要被進(jìn)一步驗(yàn)證，因此對(duì)碳纖維-鋁粘結(jié)件進(jìn)行了剪切強(qiáng)度測(cè)試，對(duì)碳纖維-鋁連接件進(jìn)行了拉伸強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試裝置如圖3、圖4所示。

圖3　剪切強(qiáng)度測(cè)量裝置

圖4　拉伸強(qiáng)度測(cè)量裝置

試驗(yàn)結(jié)果表明，該懸架結(jié)構(gòu)的剪切、拉伸強(qiáng)度滿足安全要求，且總承載量比原來(lái)增加了18.7％。由于懸架承受的動(dòng)載荷效應(yīng)對(duì)桿件的生命周期影響很大，因此未來(lái)還將對(duì)懸架碳纖維管的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。

Warren S Hurter et al. 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, November 14- 20, 2014, Montreal, Quebec, Canada.

編譯：汪濤