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具有天然纤维复合材料车身的汽车振动特性研究

时间:2016-07-24     【转载】   来自:纺织报告   阅读

      随着汽车向高速化、轻量化、低能耗方向发展,将轻质的复合材料应用于汽车受到人们的普遍重视。天然纤维复合材料除了轻质化、性能可设计外,更具有环保性。本文主要针对具有天然纤维复合材料车身的汽车动力学特性进行研究。采用含连接子结构的间接对接的自由界面模态综合法,建立整车非线性刚弹耦合系统动力学模型。用所建模型在时城内,对路面和发动机不同激励工况下汽车的振动特性进行仿真模拟,并与传统车身动力学特性进行对比,提出天然复合材料车身各性能参数的选择原则,为实现复合材料在汽车上大规模使用提供理论依据。

    复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料,它可以发挥各种材料的优点,克服单一材料的缺陷,扩大材料的应用范围。由于合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点,已逐步取代木材及金属合金,广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑等领域,在近几年更是得到了飞速发展。
    汽车用非织造材料所用的纤维包括聚酯纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维碳纤维和天然纤维(如再生棉纤维、亚麻、大麻、黄麻和剑麻纤维等)。它具有以下主要优点:

    汽车用天然纤维与合成纤维相比,天然纤维及其复合材料具有性能优势。麻纤维生长期短、生长环境要求不高,具有减缓“温室效应”的作用;生产过程无“三废”污染、使用过程也无有害的游离化学物质和微粒,无需化学胶粘剂,可在一步法成型过程中与基材热粘合;替代化纤和塑料等人造材料,填埋后可生物降解,可再生循环利用;麻纤维复合材料的隔热、吸音性能好,能量吸收能力好、耐冲击,无脆性断裂(对提高汽车的安全性很有利),具有良好的刚度、切口韧性、断裂特性;低温性能好。

    天然纤维可用较低压力、一步法成型产品,节省机器和模具的投资、简化加工工艺[副,可成墅大拉伸、复杂的三维形状。天然纤维在加工中还表现出对模具的磨蚀作用较低。天然纤维复合材料的隔热、吸音性能好,能量吸收能力好、耐冲击,无脆性断裂(对提高汽车的安全性很有利),燃烧速率低,具有良好的刚度、切口韧性、断裂特性,低温性能好。天然纤维密度低、重量可减轻10—30%,满足汽车轻量化要求,提高燃油效率。麻纤维复合材料可用来替代木纤维和玻璃纤维增强的复合片材以及ABS塑料件,因为在相同的重量情况下,天然纤维增强材料制成的产品可具有25—30%的强度提高以及上佳的非脆性断裂特性。据研究表明,使用天然纤维可使发动机的重量减轻10%,并可将生产所需的能源消耗降低80%。同时天然纤维加强部件的成本比强化玻璃纤维部件下降。科研项目证明:由可再生原料制造的汽车部件从质量到性能,以至于成本价格,完全可以和使用传统石油产品及玻璃纤维所制造的汽车部件媲美。

    本文主要针对具有天然纤维复合材料车身的汽车动力学特性进行研究,用所建模型在时域内对路面和发动机不同激励工况下汽车的振动特性进行仿真模拟,并与传统的钢结构车身的汽车动力学特性进行对比,以提出天然复合材料车身各性能参数的选择原则,为实现复合材料在汽车上大规模使用提供理论依据。




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