碳纤维复合材料钢板弹簧的动态特性研究



碳纤维复合材料钢板弹簧的动态特性研究

随着能源成本日益增高及国际对保护环境与资源优化使用和排放量的要求日益提高，汽车行业对高效率、高性能产品的需求日益增加。在该领域，采用纤维增强聚合物是比较有前途的技术。碳纤维增强聚合物（CFRP）或玻璃纤维增强聚合物（GFRP）这样的材料被用在许多不同的领域，例如航空航天工业、能源工业或运输行业、车辆领域等。随着上述材料的应用日益广泛，这些材料的动态特性成为研究的热点。本文重点研究碳纤维复合材料钢板弹簧的动态特性。

采取的测试碳纤维复合材料钢板弹簧由单向层和织物层组成，单向层具有高强度的碳纤维和环氧树脂，而织物层也使用环氧树脂，两种材料能较好地吸收冲击能量，起到缓冲减振耗能的作用。对系统进行单输入单输出（SISO）模态测试，激励力分别为恒定静力加载和冲击激励。为了描述该系统的频率性质，计算每个测量点的频率响应函数，分别计算出模态频率、振型和模态阻尼值。采用复模式指示功能（CMIF）确定所研究频率范围内的本征频率数量。对钢板弹簧在每个振动模式下的阻尼特性进行评价。钢板弹簧阻尼特性好，说明其在变形时消耗的能量较多，能较快地使车辆停止振动，但阻尼如果过大，则车辆便失去缓冲性能。

为了验证得到数据的准确性，应用Euler–Bernoulli（欧拉伯努利）梁理论进行分析对比。在XZ面内通过偏微分方程建立悬臂钢板弹簧的弯曲振动模型，通过弯曲振动模型偏微分方程验证了上述碳纤维复合材料钢板弹簧动态特性的准确性，由此确定轻量材料钢板弹簧机构的特性和动态特性。

刊名：Procedia Engineering（英）

刊期：2015年第100期

作者：Stephan Krall et al

编译：王莹