工业q输pȝ供应商Hutchinson公司(法国巴黎)为新ƾ标?08 FE 开发出了采用玻璃纤l增强复合材料制成的前后桥。据介绍Q这ƾ合电动概念R?00 km只消?.9L的汽沏V从传统的金属u/悬架pȝ转向一个基于复合材料的pȝQ降低了20.4 kg的重量，或者说降低了大U?0%的重量。标致汽车公怸Hutchinson的母公司Total(法国巴黎)合作Q设计了q款汽RQ以探寻一U可行的Ҏ来满xz关于“到2020q_每公里CO2的排N低于90g”的严厉的法规要求。显Ӟ208 FEL地达Cq一标准Q据介绍Q其每公里的CO2排放量是49gQ这对于一辆纯_的(非插电式)混合动力汽R而言Q是一突出的世界U录?/span>
Hutchinson的复合材料前轴悬架叶片示意图
作ؓ材料配方公司以及面向汽R、轨道交通和航空工业的振动控制技术制造商QHutchinson利用其经验设计了208 FE的R轴。Hutchinson这些u的结构复合材料核心称为是一U“多功能的悬架叶片”，因ؓ其设计特Ҏ:在一个部件中整合?U重要功能——悬架、{向、抗振动/噪声以及防侧倾。在开发过E中Q设计工E师们整?消除?2个部Ӟ包括Q弹、弹、防侧倾杆、防侧倾杆配g、防侧倾杆的连接杆以及叉臂(转向部分)元g{?/span>
标致208 FE, 一ƾ合动力概忉|? 配备了采用大U?0%单向环氧/ȝU维制成的前、后?囄来自标致汽R公司)
相比金属悬架Q该复合材料的叶片设计降低了20.4 kg(U?0%)的重量。在加工中，设计工程师们能够整合或消?2个部?囄来自标致汽R公司)
q一全新的悬架实际上h于Hutchinson?0q前为另一家欧z汽车制造商生的一个部件。Hutchinson复合材料技术中?U“CTeC?的技术ȝBertrand Florentz回忆_当时该部件已准备投入生Q但׃对传l的钢悬架的偏好Q这一生计划最l被取消。随着2020更严厉的排放标准卛_落实Q未达标的企业将面处罚Q从而今天的汽车制造商们正面着市场形势的巨大变化。与此同Ӟ Hutchinson早期所U篏的悬架应用经验，也其快速地响应了标?08 FE新的、设计独特的发展要求?/span>
在设计汽车悬架时Q首先考虑的是Q这一部gL需要承受静载荷(汽R的固定重?和动载荷(q行时?Q相当于分布到所?个空间u上的拉力、压~力和剪切力Q即U向的、垂直的和横向的载荷。驾驶时Q其承受的动载荷可以辑ֈ汽R静蝲L5倍大Q因此，在该部g的关键结构尺寸和M设计中，动蝲h重要的考虑因素?/span>
针对q些多u向蝲荷问题，Hutchinson初期的“宏伟”设计方案是Q采用一U梁分布均匀的正交异性模型去模拟L架结构。这U梁正交异性模型作Z个底U，允许工程师们针对局部必要的刚性特征，来满x车基本的静蝲药求?/span>
如果材料的力学性能和热性能?个相互垂直的方向上是唯一而独立的Q则属于正交各向异性材料。相比之下，各向同性材料的各种性能在所有的方向上都是相同的。此外，一U材料可以拥有同质的(均匀?或非同质?不均匀?微结构。一U材料，如蝾钢，是天然的正交各向异性和同质?均匀?。设计一U同质的正交各向异性的复合材料Q关键是采用同样的“微l构?x料，在此是一U环氧树?和大多数的单向玻璃纤l、按改变厚度和方向的一U层合构成方式，构徏一U层压结构。这L一U结构将允许设计工程师们在采用有限元分析(FEA)寚w件徏模后Q通过增加或减特定区域的增强材料Q来处理?个独立u中的各种变Ş和蝲荷问题?/span>
因此Q设计过E的W二步是在Hutchinson的研I中心对该悬架进行详l的有限元模拟。在此所做的模拟被用于模仿复合材料叶片的刚性，q提供详l的层合l构Q包括织物的取向和局部厚度。结果，获得了一U拥?个层合结构的叶片设计Q层合结构一Q在叶片的每一端，球接头在此与柱子(较厚Q同时更加特别的是，凭借高度的U向刚度而确保了轮导?相接 ;层合l构?是与安装在橡胶上的钢轴支架相q接的两面的中间部分;层合l构三，支架(较薄Q而且ؓ特别的是Q确保了悬架的垂直刚?之间的中间部分?/span>
在有限元仿真中考虑的蝲L型是垂直载荷(对称的和不对U的)、纵向蝲荗横向蝲荗{角蝲荗侧面冲击蝲荷和疲劳载荷。仿真输出的是所有方向上叶片的刚度、位Udq动学，以及树脂和纤l的局部应力和应变。然后将应力和应变与实验室获得的材料许用值相比较Q包括必要的“材料失效”因素?/span>
在一个ƈ行开发过E中Q研Ih员采用层压试样和U树脂对材料q行了综合表征。具体到材料和部件生?如树脂传递模塑成?RTM))的工艺参数、ȝ反应热、热膨胀和热收羃(在所有的3个u方向)以及U维集中度等Q由通过差示扫描量热?DSC)、接触角量法和动态力学分析法(DMA)获得的测量D而出。这些数据被用于生成一个悬架叶片的黏弹性模型，然后其导入到ABAQUS 有限元分析Y件中(Dassault Systémes,国马萨诸塞州沃瑟?。热力学分析被用于确定成型过E中加热的“热点”，以及计算q在固化循环期间由加工引L变Ş和残余应力，目的是当部g设计完成后优化加工条Ӟ同时保部g在正常生产的模具和设备上得到q箋成型?/span>
管Hutchinson为标?08 FE 设计了复合材料的前、后_但由于增加了转向元素而前u更ؓ复杂。最l的悬架设计׃个弓形主l构的玻璃纤l增强叶片构成，其厚度范围在12?5 mm之间Q纤l的体积含量过50%。该叶片长约1.2mQ名义宽?40mmQ弓深大U?15mm。在消除上述所有部件的q程中，该复合材料的?悬架设计整合了传l金属悬架的所有功能，如：该弓形的悬架叶片在组装过E中按其预压的Ş状被安装到汽车上Qƈ横跨汽R前端宽度而作Z个单一的弹用于吸收\振。该复合材料叶片的每一面都׃Ҏ胉?一个垂直的Q一个纵向的)而与汽R的白车n(BIW)相连。当叶片为应对\振而发生弯曲或压羃Ӟ在两对固定之间的横向轴中被拉ѝؓ适应q种横向延Q橡胶底座提供了必要的横向位Ud性，同时它们q可对\振和噪声q行额外的过滤。这些铰接被集成C对包了叶片每一面的钢底壳中?/span>
每个叶尖与钢球关节相q。这些球兌转而与q接?拉杆)相连Q这些连接杆通过吸振器而被装到汽R上。在q些q接点上Q叶片承受最大的负蝲力，因此Q在叶片设计中，对这一区域做了额外增强。通过取代防倾杆Q该叶片本n兼具了防侧倄功能Q这是由其固有的弯曲刚性和固定的对U性实现的。实际上Q基于变形的对称性，当左轮向上移动时Q右轮也向上UdQ这实际上是一个防倾连接的定义。{向是传统的而且与叶片分，一个连接R轮的转向枉过左、右q接杆而直接{动?/span>
Florentz_设计q制造一个复合材料的?悬架Q在工程上付出的努力臛_是设计同L金属部g?倍。但某U意义而言Q花贚w外的旉是必要的Q因为钢作ؓ一U传l材料而拥有大量的试数据和合格数据，但对于复合材料部件而言Q材料的最l表征必dl历逐层老化、模拟和后处理后而获得。假讑֜cM的应用中使用复合材料Q可以确信的是，׃材料的认证、测试和模拟工作从一个项目传递给了另一个项目，因此大多数额外的工程开发时间可以消除?/span>
在于法国巴黎举行的JEC 2015展会中，该悬架叶片是Hutchinson公司展位的亮?/span>
JEC 2015展会中，参观者们能够在展出的悬架pȝ上清晰地看到该悬架设计是如何弹叶片结构从前悬架的转向功能中分d?/span>
虽然q项技术仍被认为是概念性的Q但q项应用却值得x且具有潜力。长期以来，复合材料一直被认ؓ不适合商业化汽车的l构应用Qؓ此，复合材料行业做了许多艰难的努力，来证明复合材料替代金属的潜力。凭借Hutchinson公司在此斚wq出的重要一步，怿汽R刉商和消费者们可以做出自己的判断?/span>
