碳纖維復合材料鋼板彈簧的動態(tài)特性研究

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碳纖維復合材料鋼板彈簧的動態(tài)特性研究

隨著能源成本日益增高及國際對保護環(huán)境與資源優(yōu)化使用和排放量的要求日益提高，汽車行業(yè)對高效率、高性能產品的需求日益增加。在該領域，采用纖維增強聚合物是比較有前途的技術。碳纖維增強聚合物（CFRP）或玻璃纖維增強聚合物（GFRP）這樣的材料被用在許多不同的領域，例如航空航天工業(yè)、能源工業(yè)或運輸行業(yè)、車輛領域等。隨著上述材料的應用日益廣泛，這些材料的動態(tài)特性成為研究的熱點。本文重點研究碳纖維復合材料鋼板彈簧的動態(tài)特性。

采取的測試碳纖維復合材料鋼板彈簧由單向層和織物層組成，單向層具有高強度的碳纖維和環(huán)氧樹脂，而織物層也使用環(huán)氧樹脂，兩種材料能較好地吸收沖擊能量，起到緩沖減振耗能的作用。對系統(tǒng)進行單輸入單輸出（SISO）模態(tài)測試，激勵力分別為恒定靜力加載和沖擊激勵。為了描述該系統(tǒng)的頻率性質，計算每個測量點的頻率響應函數(shù)，分別計算出模態(tài)頻率、振型和模態(tài)阻尼值。采用復模式指示功能（CMIF）確定所研究頻率范圍內的本征頻率數(shù)量。對鋼板彈簧在每個振動模式下的阻尼特性進行評價。鋼板彈簧阻尼特性好，說明其在變形時消耗的能量較多，能較快地使車輛停止振動，但阻尼如果過大，則車輛便失去緩沖性能。

為了驗證得到數(shù)據(jù)的準確性，應用Euler–Bernoulli（歐拉伯努利）梁理論進行分析對比。在XZ面內通過偏微分方程建立懸臂鋼板彈簧的彎曲振動模型，通過彎曲振動模型偏微分方程驗證了上述碳纖維復合材料鋼板彈簧動態(tài)特性的準確性，由此確定輕量材料鋼板彈簧機構的特性和動態(tài)特性。

刊名：Procedia Engineering（英）

刊期：2015年第100期

作者：Stephan Krall et al

編譯：王瑩