懸架扭轉(zhuǎn)梁是汽車底盤關(guān)鍵零部件,對其進行輕量化設計有助于降低汽車非簧載質(zhì)量,提高燃油經(jīng)濟性,改善汽車行駛性能�？紤]到碳纖維增強復合材料具有優(yōu)異的力學性能和良好的可設計性,本文將其應用于汽車懸架扭轉(zhuǎn)梁橫梁結(jié)構(gòu),研究碳纖維增強復合材料扭轉(zhuǎn)梁橫梁輕量化設計方法,對輕質(zhì)高強汽車懸架結(jié)構(gòu)件的設計開發(fā)具有重要的借鑒意義。首先,在探討碳纖維復合材料力學理論基礎(chǔ)上,通過真空輔助成型法結(jié)合試驗標準制作力學性能試樣,進行拉伸試驗、壓縮試驗以及面內(nèi)剪切試驗,整理測量數(shù)據(jù),計算得到碳纖維復合材料的力學性能參數(shù)。其次,建立鋼質(zhì)扭轉(zhuǎn)梁有限元模型,確定分析工況和邊界條件,仿真得到U型鋼質(zhì)橫梁的性能�；诘葎偠仍O計理論確定U型碳纖維復合材料橫梁的厚度,對比分析仿真結(jié)果,結(jié)合薄板結(jié)構(gòu)幾何特性將扭轉(zhuǎn)梁橫梁結(jié)構(gòu)U型截面改為S型截面,驗證改進效果�；趶秃喜牧显O計原則,采用包括自由尺寸優(yōu)化、尺寸優(yōu)化以及層組次序優(yōu)化的多層次優(yōu)化方法得到S型碳纖維復合材料橫梁的最佳鋪層方案。最后,在前述最佳鋪層方案的基礎(chǔ)上,將碳纖維復合材料的鋪層厚度以及鋪層角度作為設計變量,構(gòu)建設計變量與結(jié)構(gòu)性能指標之間的近似模型,結(jié)合NSGA-II算法和蒙特... 

【文章來源】：青島大學山東省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

碳纖維復合材料各領(lǐng)域占比[1]

青島大學碩士學位論文2能。考慮到碳纖維復合材料具有優(yōu)異的力學性能和良好的可設計性，將其應用于懸架扭轉(zhuǎn)梁橫梁結(jié)構(gòu)，可大幅度提高其輕量化水平。由于碳纖維復合材料在結(jié)構(gòu)設計與制造工藝中受到多種不確定性因素的影響，在傳統(tǒng)的確定性優(yōu)化設計基礎(chǔ)上充分考慮設計參數(shù)的不確定性，研究碳纖維增強復合材料扭轉(zhuǎn)梁橫梁輕量化設計方法，對輕質(zhì)高強汽車懸架結(jié)構(gòu)件的設計開發(fā)具有重要的借鑒意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1碳纖維復合材料在輕量化領(lǐng)域研究現(xiàn)狀碳纖維的相關(guān)研究最早可追溯到1879年，美國科學家愛迪生在制備白熾燈燈絲材料的過程中，將棉線在高溫作用下碳化得到了最早的碳纖維，但這種制備方法存在眾多缺陷。之后制備碳纖維的方法研究進展緩慢，直到20世紀50年代碳纖維才真正登上歷史舞臺[1]。1959年，日本大阪工業(yè)研究所的近藤昭男博士（AkioShindo）通過聚丙烯腈（PAN）纖維先氧化后碳化的方法，得到了具有較好強度和模量性能的碳纖維。1963年，英國瓦特博士等人借鑒近藤昭男博士的氧化-碳化方法[2]，添加了增強拉伸應力的工藝，進一步提升了碳纖維的性能，并由此開啟了碳纖維復合材料的工業(yè)化生產(chǎn)。隨著碳纖維復合材料制備技術(shù)與制造工藝的不斷提高，碳纖維復合材料在交通、能源、醫(yī)療、航空航天、機械等行業(yè)的應用步伐不斷加快。2012年，全球碳纖維需求量約為4.3萬噸，呈穩(wěn)步增長，年均增長率均在10%以上，預計到2020年將達到13萬噸，近幾年全球碳纖維年需求量如圖1.2所示。碳纖維復合材料因其優(yōu)異的力學性能和良好的可設計性，在輕量化領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢，國內(nèi)外許多學者對其在工業(yè)領(lǐng)域的輕量化應用開展了大量的研究工作。圖1.2碳纖維復合材料全球年需求量[1]

青島大學碩士學位論文912112212211221122211121221661221121111EEQQEQGEQ，，2-(10)式中：E1為縱向彈性模量；E2為橫向彈性模量；v12為主泊松比；G12為剪切彈性模量。但在實際應用中，單層板的材料主應力坐標系與幾何參考的一般坐標系不太一致，因此需要建立在一般直角坐標系下單層板的本構(gòu)關(guān)系，如圖2.1所示。圖2.1材料主應力方向坐標系和一般坐標系通過原單層板材料主應力坐標系的應力分量和應變分量來表達一般坐標系下的應力分量和應變分量，轉(zhuǎn)換關(guān)系為：22cos2sin212sin212sincossin2sinsincos22cos2sin212sin212sincossin2sinsincos12212222211221222221xyxy2-(11)根據(jù)上述轉(zhuǎn)換關(guān)系，我們可以推導出單層板在一般坐標系下應力-應變的本構(gòu)關(guān)系為：xyxyQQQQQQQQQ21261666262212161211212-(12)其中，—Qij與Qij具有如下關(guān)系：

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3227435