复合材料板簧仿真设计与实验研究开题报告

1、1. 复合材料悬架研究意义 2.复合材料简介 3.层合板理论 4.复合材料建模 主要内容 复合材料悬架研究意义 复合材料悬架的研究及应用在国外已相当广泛，而在国内还处于 起步阶段。许多研究成果善未公开 复合材料板簧具有显著的轻量化优势 复合材料板 簧的重量至 少比钢板弹 簧轻50% 提高汽车的 动力性 提高汽车的 燃油经济性 减少尾气排 放 降低制造及使 用成本 符合节能环保 理念，增强车 型的市场竞争 力 复合材料悬架研究意义 复合材料 板簧的优势 比强度高重量轻t 减振性能好 可设计性 强，易于 加工t 疲劳寿命高 耐腐蚀 复合材料悬架研究意义 复合材料板簧已经在全球诸多汽车厂商得到大量应

2、用，如通用、福特、 依 维柯、沃尔沃等，在各种车型上也有应用，国内大多数车型仍然使用钢板弹簧， 只有小部分车型加装了复合材料板簧。 重型卡车上的应用轿跑车上的应用 越野车上的应用 研究现状 国外技术规 范完善，形 成了一套技 术流程和路 线。国内缺 乏相关的设 计理论，技 术，设计水 平较低。 一般采用E 玻璃纤维增 强树脂基复 合材料它以 聚氨酯树脂 为基底，可 以满足应用 要求。 材料替换结构优化 工艺设计 目前量产的 复合材料板 簧采用树脂 传递模塑工 艺(RTM) 提高了产品 收益比，更 加有利于批 量生产。 复合材料简介 复合材料复合材料是指由两种或者两种以上不同性能的材料是指由两种

3、或者两种以上不同性能的材料 在宏观尺度上组成的多相材料。在宏观尺度上组成的多相材料。 如如:导电复合材料烧灼复合材料摩阻导电复合材料烧灼复合材料摩阻 复合材料复合材料 结构复合材料一般由基体料和增强材结构复合材料一般由基体料和增强材 料复合而成。基体材料主要是各种树料复合而成。基体材料主要是各种树 脂或金属材料；增强材料一般采用各脂或金属材料；增强材料一般采用各 种纤维和颗粒等材料。种纤维和颗粒等材料。 复合材料简介 纤维增强复纤维增强复 合材料合材料 复合材料复合材料 层合板层合板 颗粒增强复合颗粒增强复合 材料材料 它由基体材料和悬浮在基体材料它由基体材料和悬浮在基体材料 中的一种或多种金

4、属或非金属颗中的一种或多种金属或非金属颗 粒材料组合而成粒材料组合而成 它由纤维和基体两种组分材料组它由纤维和基体两种组分材料组 成成 它由以上两种复合材料的形式组成的它由以上两种复合材料的形式组成的 单层板，以不同的方式叠合在一起形单层板，以不同的方式叠合在一起形 成层合板。层合板是目前复合材料实成层合板。层合板是目前复合材料实 际应用的主要形式际应用的主要形式 基本假设 层合板理论层合板理论在实际的应用当中在实际的应用当中, ,由两层或者是两层以上的复合由两层或者是两层以上的复合 材料单层板按照不同方向黏合而组成的整体结构单元材料单层板按照不同方向黏合而组成的整体结构单元, ,即整体即整体

5、 结构板结构板, ,称为层合板称为层合板。 层合板各单 层之间粘结 牢固，不产 生滑移 各单层认为 是平面应力 状态 变形前垂直于 中面的直线段， 变形后仍然垂 直于变形后的 中面，且长度 不变 平行于中面诸 截面上的正应 力与其它应力 相比很小，可 略去不计 层合板理论 复合材料层合板本构关系建立 层合板理论 层合板理论 均衡对称的铺设原则均衡对称的铺设原则 铺层定向原则铺层定向原则 铺层取向按承载选取铺层取向按承载选取 原则原则 铺设顺序原则铺设顺序原则 铺层最小比例原则铺层最小比例原则 冲击载荷区设计原则冲击载荷区设计原则 变厚度设计原则变厚度设计原则 开口区铺层原则开口区铺层原则 层合

6、板设计的层合板设计的 一般原则一般原则 复合材料建模 1、微观模型：把基体和增强材料都作为微观模型：把基体和增强材料都作为 连续的可变性体进行独立建模，通常在仿连续的可变性体进行独立建模，通常在仿 真中用到较少。真中用到较少。 2、 宏观模型：把复合材料当成单个的正宏观模型：把复合材料当成单个的正 交各相异性材料或者完全当成各向异性材交各相异性材料或者完全当成各向异性材 料。料。 3、混合模型：把复合材料等效成几部分，混合模型：把复合材料等效成几部分， 从宏观上建增强层。这种建模方式在仿真从宏观上建增强层。这种建模方式在仿真 中应用最多。中应用最多。 复合材料建模的三种常用模型复合材料建模的三

7、种常用模型 复合材料建模 宏观模型 1 复合材料通常被认为是弹性的复合材料通常被认为是弹性的 2 各向异性塑性模型通常用来仿真复合材料的非各向异性塑性模型通常用来仿真复合材料的非 弹性变形弹性变形 3 它的形变场是均匀的它的形变场是均匀的4 宏观建模是用来模拟复合材料的整体行为以此建宏观建模是用来模拟复合材料的整体行为以此建 模时材料的非线性以及局部失效都不被考虑进去模时材料的非线性以及局部失效都不被考虑进去 5 6 7 对复合材料进行宏观建模时要把复合材料当成单对复合材料进行宏观建模时要把复合材料当成单 一的正交各向异性材料或者当作各向异性材料一的正交各向异性材料或者当作各向异性材料 宏观建

8、模时通常用于研究结构失效（屈服），不宏观建模时通常用于研究结构失效（屈服），不 考虑材料失效（分层、脱粘）考虑材料失效（分层、脱粘） 宏观模型计算量较小，相对来说比较简单，适用宏观模型计算量较小，相对来说比较简单，适用 于分析较简单的问题于分析较简单的问题 复合材料建模 采用采用conventional shell element conventional shell element 建立建立composite layups composite layups 1 1建立建立part-1part-1，Creat Part: 3D, Deformable, Shell Creat Part: 3D

9、, Deformable, Shell 复合材料建模 2 2建立建立Material-1Material-1，Mechanical: Elasticity: Elastic: Type=Lamina,Mechanical: Elasticity: Elastic: Type=Lamina,在在 datadata中输入材料参数：中输入材料参数：E1=25.0E6 E2=1.0E6 Nu12=0.25 G12=0.5e6 E1=25.0E6 E2=1.0E6 Nu12=0.25 G12=0.5e6 G13=0.5E6 G23=0.2E6G13=0.5E6 G23=0.2E6 复合材料建模 3 3

10、建立建立Composite Layup, Composite Layup Manager: Create: Initial ply Composite Layup, Composite Layup Manager: Create: Initial ply count=4 Element Type=Conventional Shell, count=4 Element Type=Conventional Shell, 生成生成4 4层的具体数据如下图所示层的具体数据如下图所示 复合材料建模 使用使用QueryQuery工具的工具的Ply stack plotPly stack plot查看铺层顺

11、序查看铺层顺序 复合材料建模 4.4.生成生成Instance, Create Instance: Parts=Part-1 Instance Type=Independent: Instance, Create Instance: Parts=Part-1 Instance Type=Independent: OKOK 复合材料建模 5 5 生成生成Step, Create Step: Procedure type=Static, General: Basic: Step, Create Step: Procedure type=Static, General: Basic: Nlgeom=

12、off Nlgeom=off 复合材料建模 6 6 建立建立Load, Create Load: Step=Step-1 Mechanical=Concentrated force: Load, Create Load: Step=Step-1 Mechanical=Concentrated force: CF1=1000CF1=1000 复合材料建模 7 7建立建立Boundary ConditionBoundary Condition， Create Boundary Condition: Step=Step-1 Create Boundary Condition: Step=Step-1

13、 Mechanical=Displacement/Rotation: U1=0 U2=0 U3=0 UR1=0 UR2=0 UR3=0 Mechanical=Displacement/Rotation: U1=0 U2=0 U3=0 UR1=0 UR2=0 UR3=0 复合材料建模 8 8建立建立MeshMesh，Mesh Type: Element Type=S8RMesh Type: Element Type=S8R 复合材料建模 9 9建立建立JobJob， Create Job: Name=Job-1 Model=Model-1: Submit Create Job: Name=Job

14、-1 Model=Model-1: Submit 复合材料建模 10 10 查看计算结果查看计算结果Visualization: Plot Contours on Deformed Shape:U Visualization: Plot Contours on Deformed Shape:U MagtinudeMagtinude 复合材料板簧优化 应用应用 复合材料板簧的优化设计 特性参数特性参数 优化优化 材料优化材料优化 尺寸优化尺寸优化 从整车性能角度 从悬架系统角度 玻璃纤维的体积含 量、界面结合状态、 每个单层的铺层角 度、铺层顺序 建立以最小质量为 目标函数 以强度条件和刚度 条件为约束 形貌优化形貌优化 综合考虑成本、工 艺及疲劳可靠性因 素，对关键部位的 形貌进行调整 谢谢！ 硕士论文开题报告 吉林大学汽车工程学院 关键技术：复合材料有限元仿真 复合材料建模复合材料建模 常用的三种模常用的三种模 型型 宏观模型：把复合材料宏观模型：把复合材料 当成单个的正交各相异当成单个的正交各相异 性材料或者