基于復合材料靜態分析的輕型太陽能汽車懸架系統測試

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基于復合材料靜態分析的輕型太陽能汽車懸架系統測試

設計一款高效節能的汽車需要優化很多方面，如傳動系統效率、能量來源、空氣動力學、質量等。針對輕量化方面，由于復合材料能在減輕了部件質量的同時還能保證部件有足夠的結構強度和可靠性，因此制造廠商逐漸將注意力轉移到先進復合材料的使用研究。本文針對約翰內斯堡大學太陽能賽車的前懸架系統進行了復合材料輕量化設計，如圖1所示。

圖1　2014年約翰內斯堡大學太陽能賽車俯視圖（單位：mm）

在設計過程中，不僅考察了太陽能汽車的動力性能（最高車速、加速度和爬坡能力），而且還對其耐久性等各項指標都制訂出了嚴格的標準。因此，在設計前懸架時，要充分考慮懸架的造型結構、空氣動力學性能以及疲勞強度等。最終的結構設計如圖2所示。

圖2　前懸架結構圖

前懸架采用了雙橫臂設計，在上下A形橫臂、轉向節臂和支柱上采用了高強度的碳纖維管材料。在使用碳纖維材料過程中，存在與鋁材料連接的粘結件和連接件，這部分零件的可靠性需要被進一步驗證，因此對碳纖維-鋁粘結件進行了剪切強度測試，對碳纖維-鋁連接件進行了拉伸強度測試，測試裝置如圖3、圖4所示。

圖3　剪切強度測量裝置

圖4　拉伸強度測量裝置

試驗結果表明，該懸架結構的剪切、拉伸強度滿足安全要求，且總承載量比原來增加了18.7％。由于懸架承受的動載荷效應對桿件的生命周期影響很大，因此未來還將對懸架碳纖維管的疲勞強度進行測試。

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

編譯：汪濤