复合材料汽车车轮的强度分析与铺层设计

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第３０卷第２期边文风等：复合材料汽车车轮的强度分析与铺层设计３１７

图２车轮轮廓曲线

Ｆｉｇ．２Ｃ∞ｔｏｕｒｌｉｎｅｏｆ叫ｔｏｗｈｅｅｌ

３．１层合复合材料的铺层设计

本文使用的是碳纤维／环氧（１ｒ３００／５２０８）复合材料。复合材料铺层设计主要有两种，（１）按载荷分量布

置纤维取向，以期最大限度地利用纤维承载的方向性。（２）利用铺层“剪裁”设计，以获得结构所需的刚度特性，特别是独特的耦合刚度。本文的铺层方式主要为［０。／９００／±４５。］。（ｓ＝９）和［±４５／９０。／００］。（ｓ：９），铺层

方向沿车轮的轴向，铺层为７２层（前３２层厚度各为２姗，后４０层厚度各为３．７ｎ皿）。

３．２蔡．吴强度准则

蔡．吴提出一种形式比较全面的张量多项式强度准则，表达式为

，（ｄ）＝Ｆｉｄｉ＋Ｆｉ，ｉ口，＝１（ｉ，Ｊ＝ｌ，２，…，６）（８）其中Ｅ和Ｅｊ是表征材料强度性能的强度参数，它们是对称张量，可通过试验用基本强度置、ｘ小ｙｃ和５等表示出来，其相应值可通过文献［８］３５查出。

对于平面应力状态，蔡．吴将上式化简为

ＦＩｄＬ＋Ｆ２ｄＴ＋Ｆｌｌｄｉ＋Ｆ复ｄ；＋

２Ｆ１２ｄＬ口Ｔ＋，ｋｒ备＝１（９）若等式左侧各项之和大于等于ｌ，则材料失效。

式中共有６个强度参数，其中

¨圭一麦肛毒一如＝矗ｌ（１０）

Ｆ荭＝了÷Ｆ，Ｆ∞＝寺，Ｆ１２＝ｏＪ３．３单层板的弹性常数

碳纤维／环氧（７１３００／５２０８）单层板的基本性能参数［８］１６见表１。表中Ｘ。、ｘ。为单向板纵向抗拉、抗压强度，ｙｔ、ｙｃ为单向板横向抗拉、抗压强度，Ｓ为面内剪切强度。

３．４复合材料车轮的有限元分析

对车轮加边界条件时，对轮辋两侧边缘进行全约束，通过加载轴向车轮施加弯矩。如前面所述。网格采用自由网格划分，共有５５６２０个节点，２３７０５９个单元。单元类型采用层合材料８节点６面体单元，加载后有限元模型如图３所示。

表ｌ碳纤维，环氧（耶∞，５２惦）的性能参数Ｔａｂ．１ＭａｔｅｒｉａＩｐｍｐｒｉｅｔｊ嚣ｏｆＣＢｒｂｏｎ行ｂｅｒ，ｅｐｏ珂（仰帅，ｓ瑚）

对加载后的有限元模型进行有限元分析，得到复合材料汽车车轮的应力分析图如图４所示。

同时，为了进行对比，本文还对相同结构形状的铝合金车轮进行有限元分析。铝合金的参数为，弹性模量Ｅ＝７×１矿ＭＰａ，密度ｐ：２．７×１０’９ｔ／ⅡⅡ０，泊松比ｖ＝０．３，其应力图如图５所示。

图３模型和载荷

Ｆｉｇ．３Ｍ０ｄｅｌ∞ｄｌｏ日ｄ

图４复合材料汽车车轮应力图

Ｆｉｇ．４Ｓｔｒ嘲ｐｉｃｔｕｒｅｏｆｃｏｍｐｌｅｘｒＭＩｅｒｉａｌｗｈｅｅｌ

图５铝合金汽车车轮应力图

Ｆｉｇ．５Ｓｔｒｅｓ８ｐｉｃｔｕｒｅｏｆａｌｕＩｌｌｉｎ岫ａｌｌｏｙ

ｗｈ∞ｌ

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复合材料汽车车轮的强度分析与铺层设计

作者：边文凤， 刘国军， 贾宝贤， BIAN WenFeng， LIU GuoJun， JIA BaoXian 作者单位：哈尔滨工业大学,汽车工程学院,威海,264209

刊名：

机械强度

英文刊名：JOURNAL OF MECHANICAL STRENGTH

年，卷(期)：2008,30(2)

被引用次数：1次

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3.王震鸣复合材料力学和复合材料结构力学 1991

4.周履.范赋群复合材料力学 1991

5.任山.朱其文.杜天强汽车车轮性能试验方法及标准[期刊论文]-天津汽车 2003(02)

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本文链接：/Periodical_jxqd200802027.aspx