發動機副車架的輕量化設計

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發動機副車架的輕量化設計

為減少燃料消耗以及滿足溫室氣體排放和發動機更好性能的要求，廣泛應用了能提高汽車力學性能的高強度和高剛度材料如復合材料、輕質合金，它們被認為是汽車一級和二級結構鋼材料的潛在替代材料。復合材料在汽車工業中的應用包括進氣歧管、儀表板、頂板、底板、前后保險杠、駕駛室，極少情況下用于A柱和B柱。

研究了發動機副車架利用碳/環氧復合材料制成組件的可能性。目前。副車架使用的是金屬和輕質金屬。于是出了一種解決現存主要問題的方法，即使用復合結構，利用復合材料的疊層順序、疊層角度的變化提高發動機副車架承載能力和剛度。

基于有限元分析和結構布置優化分析了利用碳/環氧復合材料替代發動機副車架鋼結構材料的可行性。在對性能進行分析的過程中，由于發動機副車架受到了來自經由發動機懸置傳遞的內燃機引起的振動和經汽車懸架由于路面不平度引起的機械振動，因此需要考慮剛度和強度的標準、第一階振動的固有頻率和模態。分析表明：①需要仔細考慮汽車上使用的復合材料的類型、鋪層形式及建模方式；②鋪層布置形式的選擇能夠實現高性能的復合結構，達到高的剛度值，從而簡化制造工藝；③在應力較大處采用局部加強和加強筋能夠減小最大應力，顯著提高剛度；④合理的鋪層布置形式能夠實現更好的振動性能，使其固有頻率不在發動機引起的頻率范圍內；⑤發動機副車架采用復合材料能夠相對減輕質量，由16kg鋼車架或10kg鋁合金車架減輕約為5.5kg的碳/環氧復合材料車架，并且能夠減少燃油消耗和對環境的污染。

刊名：Int. J. Automotive Composites（英）

刊期：2014年第1期

作者：Giovanni Belingardi et al

編譯：楊昆