一种复合材料板弹簧的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于板弹簧领域，具体涉及一种应用于汽车悬架的复合材料板弹簧。
【背景技术】
[0002] 汽车工业作为一种技术密集型产业，其迅速发展与新材料和工艺的研发密不可 分，随着人们对汽车轻量化的要求越来越高，汽车零部件所采用的钢和合金等材料开始逐 步被轻质复合材料所取代。树脂基复合材料，包括玻璃纤维增强树脂基复合材料和碳纤维 增强树脂基复合材料，其具有轻质高强度、性能可设计、耐腐烛性好、减振性强、容易成型和 工艺简单等特点，且其疲劳极限比较高、对应力集中敏感性小，已广泛应用于汽车工业。
[0003] 板弹簧多用于车辆底盘的减震，以往用弹簧钢制造，自重较大，对车辆的冲击力 大。复合材料板弹簧在轻量化方面具有显著优势，对其开发、使用已成为国内外学者关注的 热点，纤维增强树脂基复合材料板弹簧的概念和优势已经逐渐被国内业内人员所了解。
[0004] CN100553953公开了一种玻璃钢复合材料板弹簧的制造方法，所制得复合材料板 弹簧的铺层为：以板弹簧厚度的中心面为基准，靠近板弹簧上、下表面的纤维材料层为连续 扩展到整个板弹簧长度方向的外层；靠近所述中心面的纤维材料层为长度朝着板弹簧中心 方向渐次递减的内层，在渐次递减的内层中，间隔铺设有连续扩展到整个板弹簧长度方向 的中间层。
[0005] 虽然，国内外学者针对汽车复合材料板弹簧做了大量研宄，但关于抛物线形状复 合材料板弹簧的研宄尚少，且现有抛物线形状复合材料板弹簧的疲劳过程中较长铺层与较 短铺层交接处容易产生裂纹，且产生的裂纹容易汇合，进而造成复合材料板弹簧的剥离分 层破坏，造成复合材料板弹簧的疲劳寿命短。
【发明内容】
[0006] 本发明目的是提供一种复合材料板弹簧，在现有汽车悬架复合材料板弹簧的基础 上，对复合材料板弹簧的铺层结构进行改进，以提高复合材料板弹簧的疲劳寿命，并实现整 车轻量化。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的，结合【附图说明】如下：
[0008] 首先引入各铺层长度的阶数概念：对于一个存在较长铺层与较短铺层交替排列 的铺层序列，比两相邻铺层都长的铺层称为较长铺层；比两相邻铺层都短的铺层称为较短 铺层；所有铺层称为第一阶铺层；去除第一阶铺层中的较短铺层后剩余的铺层为第二阶铺 层；如果第二阶铺层中仍存在较长铺层与较短铺层交替排布的铺层结构，那么去除第二阶 铺层中的较短铺层后，剩余的铺层为第三阶铺层，更高阶铺层的概念以此类推；如果第N阶 铺层中不再有较长铺层与较短铺层交替排布的铺层结构，则称铺层的阶数为N ;铺层阶数 越小裂纹越不容易扩展汇合。
[0009] 一种复合材料板弹簧，所述复合材料板弹簧的簧身为抛物线形状，簧身中部设有 凸台结构；所述复合材料板弹簧的铺层分为五个区域，从上至下依次为A、B、C、D和E区域； 所述A和D区域为一定层数的等长的长铺层；所述B区域由一定层数的等长的长铺层与一 定层数的长度渐变铺层组成，较长铺层与较短铺层交替排布；所述C区域由一定层数的短 铺层；所述E区域为一定层数的平纹布铺层；所述A、B和D区域各铺层纤维排布方向均与 复合材料板弹簧的簧身纵向一致。
[0010] 所述复合材料板弹簧为纤维增强树脂基复合材料板弹簧。
[0011] 所述A、D区域的铺层长度和B区域的长铺层长度均与复合材料板弹簧长度一致。
[0012] 所述B区域各阶铺层中，除最后一阶铺层外，各阶排布形式均为较长铺层与较短 铺层交替排布的结构，且铺层排布顺序采用遗传算法优化。
[0013] 所述C区域各铺层纤维排布方向均与复合材料板弹簧的簧身纵向一致。
[0014] 所述C区域各铺层纤维排布方向均还可以与复合材料板弹簧的簧身成一定角度。
[0015] 所述E区域分布在两端螺栓孔区域上下两侧。
[0016] 所述E区域还可以分布在螺栓孔区域上下任意一侧。
[0017] 与现有汽车复合材料板弹簧相比，本发明有益效果为：
[0018] (1)复合材料板弹簧的簧身采用材料利用率较高的抛物线板簧形状，具有轻量化 水平高的特点；
[0019] (2)无需对复合材料板弹簧中部钻孔；
[0020] (3)有效地提高了复合材料板弹簧的疲劳寿命；
[0021] (4)有效地提高了端部接头的强度。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明汽车复合材料板弹簧轴测图。
[0023] 图2为本发明汽车复合材料板弹簧铺层方法的各区域分布图。
[0024] 图3为本发明汽车复合材料板弹簧结构示意图。
[0025] 图4为本发明汽车复合材料板弹簧铺层结构示意图，图中Λ代表A区域，□代表B 区域，▲代表C区域，〇代表D区域，?代表E区域。
[0026] 图5为优化后B区域铺层长度排布规律图，图中*、〇、□代表的铺层总和为第一阶 铺层；去除*代表的铺层后，O、□代表的铺层为第二阶铺层；□代表的铺层为第三阶铺层。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图描述本发明的实施例，但本发明并不局限于此：
[0028] 如图1-图2所示，一种复合材料板弹簧，其特征在于：所述复合材料板弹簧的簧身 为抛物线形状，簧身中部设有凸台结构；所述复合材料板弹簧的铺层分为五个区域，从上至 下依次为A、B、C、D和区域E ;所述A区域为一定层数的等长的长铺层；所述B区域含有一 定层数的等长的长铺层与一定层数的长度渐变铺层，且铺层排布形式为较长铺层与较短铺 层交替排布；所述C区域含有一定层数的短铺层；所述D区域为含有一定层数的等长的长 铺层；所述E区域为一定层数的平纹布铺层区域；所述A、B和D区域各铺层纤维排布方向 均与复合材料板弹簧的簧身纵向一致。
[0029] 所述复合材料板弹簧为纤维增强树脂基复合材料板弹簧。
[0030] 所述A区域的铺层长度均与复合材料板弹簧长度一致，可用于承受复合材料板弹 簧工作过程中上部的拉应力，以保证复合材料板弹簧所必需的强度；且可以使长度渐变的 铺层置于复合材料板弹簧工作应力较小厚度中部区域，以避免较长铺层与较短铺层交接位 置应力过大。
[0031] 所述B区域的长铺层长度均与复合材料板弹簧长度一致，渐变铺层的长度变化使 所组成的复合材料板弹簧的外形呈抛物线板弹簧形状；B区域中除最后一阶铺层外，各阶 排布形式均为较长铺层与较短铺层交替排布的结构，这样可以防止较长铺层与较短铺层交 接位置产生裂纹后多个裂纹扩展汇合。
[0032] 采用遗传算法对B区域的铺层排布顺序进行优化，使除最后一阶铺层外的各阶铺 层中，所有较短铺层与相邻两两较长铺层的长度差的倒数之和最小，以降低相邻较短铺层 端部位置与较长铺层端部位置两位置产生的裂纹扩展汇合的难易程度；使各较短铺层与较 长铺层的交接位置应力不超过一定值，并且应力较大的较短铺层与较长铺层交接位置离复 合材料板弹簧端部尽量远，以使交接位置不容易产生裂纹，以及产生裂纹后不容易扩展到 端部，造成复合材料板弹簧的结构破坏。
[0033] 所述C区域铺层方向均与簧身纵向一致，也可根据实际需要变为其他角度，形成 的凸台结构，用于中部安装定位，可避免在复合材料板弹簧中部钻孔，使铺层在较大受力位 置