具有用于拉伸及压缩负载的不同纤维加强的扭转负载杆状部件的制作方法

文档序号:12283046阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种扭转弹簧,所述扭转弹簧为由弹簧丝制成的扭转杆或螺旋弹簧,所述弹簧丝由纤维复合材料制成,所述扭转弹簧具有浸渍有基质材料的纤维加强的多个层,其中各个层均仅具有承受拉伸负载的纤维或仅具有承受压缩负载的纤维,其特征在于,存在有由层组成的拉伸负载组和由层组成的压缩负载组,并且至少一个压缩负载组的组刚度低于具有最高组刚度的拉伸负载组的组刚度。

2.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,至少一个压缩负载组的组刚度比所述具有最高组刚度的拉伸负载组的组刚度低至少10%、优选20%、尤其优选40%。

3.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,至少一个位于内侧的压缩负载组的组刚度低于位于更外侧的拉伸负载组的组刚度。

4.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,所述具有最高组刚度的拉伸负载组的组刚度为至少60GPa、优选至少80GPa、尤其优选至少90GPa。

5.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,所述具有最高组刚度的拉伸负载组完全由碳纤维组成。

6.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,所述拉伸负载组的至少50%、优选75%、尤其优选95%的质量分数由碳纤维组成,并且尤其优选地完全由碳纤维组成。

7.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,所述拉伸负载组的至少50%、优选75%、尤其优选95%的质量分数的组刚度与所述具有最高组刚度的拉伸负载组的组刚度相差小于50%、优选小于30%、尤其优选小于15%。

8.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,所有拉伸负载组的组刚度与所述具有最高组刚度的拉伸负载组的组刚度相差小于50%、优选小于30%、尤其优选小于15%,并且尤其优选地所有拉伸负载组的组刚度是相同的。

9.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,所述压缩负载组的至少20%、优选50%、尤其优选95%、并且尤其优选100%的质量分数的组刚度低于所述具有最高组刚度的拉伸负载组的组刚度。

10.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,所述压缩负载组的至少50%、优选75%、尤其优选95%的质量分数的被归为较低的组刚度与具有最高组刚度的压缩负载组的组刚度相差小于50%、优选小于30%、尤其优选小于15%。

11.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,所有压缩负载组的被归为较低的组刚度与具有最高组刚度的压缩负载组的组刚度相差小于50%、优选小于30%、尤其优选小于15%,并且尤其优选地所有压缩负载组的组刚度是相同的。

12.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,所述压缩负载组的至少30%、优选60%、尤其优选80%的质量分数由玻璃纤维或者玄武岩纤维组成,并且尤其优选地所述压缩负载组完全由玻璃纤维或者玄武岩纤维组成。

13.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,为了提高成本效益,至多6种、优选至多3种、尤其优选至多2种不同的主纤维类型被用于所述拉伸负载组和所述压缩负载组。

14.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,至少一个对是由具有组比例在0.2至5之间的范围内、优选在0.5至2之间的范围内、尤其优选在0.75至1.33之间的范围内的两个组成功地形成的。

15.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,在不考虑芯的质量的情况下,成功地形成对的组占弹簧丝的质量分数的至少50%、优选至少75%、尤其优选至少95%。

16.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,在层具有主纤维类型混合物的情况下,各个主纤维类型在混合的纤维层中的量为至少10%(质量)。

17.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,在不考虑芯的质量的情况下,弹簧丝中被归为非承载的层的质量分数为至多25%、优选15%、尤其优选5%。

18.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,所述弹簧丝的横截面呈圆形、椭圆形或多边形。

19.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,所述纤维加强塑料片层的基质由填充型的或非填充型的热固性塑料组成。

20.根据权利要求1所述的扭转弹簧,其特征在于,所述弹簧丝具有芯,所述芯

a.是中空的,或者

b.由具有沿所述弹簧丝的轴向方向的单向纤维的纤维加强材料组成,或者

c.由没有纤维加强的材料组成。

21.一种用于设计由多片层纤维复合材料制成的扭转弹簧的方法,所述扭转弹簧为扭转杆或螺旋弹簧的形式,其特征在于,执行以下步骤:

a.初步设计弹簧,

b.形成由相互接触的具有相同负载方向的多个层制成的纤维的组,

c.计算确定每个组的组刚度值,

d.适当地调节压缩负载组的组刚度,使得所述压缩负载组的组刚度低于具有最高组刚度的拉伸负载组的组刚度,

e.从内向外形成对,使得径向相邻的的拉伸负载组和压缩负载组始终形成一个对,

f.将一个对中的拉伸负载组的组延伸刚度值和压缩负载组的组延伸刚度值的商确定为组比例,

g.通过借助以下方式改变刚度比例而使相邻的组之间的剪应力最小化直至所述组比例处于0.2至5的范围内为止:

-改变层的壁厚度和/或,

-改变材料的类型和/或,

-改变纤维角度,

h.重复步骤b到g,直到实现具有给定弹簧刚度分布的所期望的承载能力。

22.根据权利要求21所述的方法,其特征在于,在步骤1d中对组刚度的适当调节是通过以下步骤实现的:

a.改变纤维材料,和/或

b.改变不同纤维材料的混合物,和/或

c.改变纤维角度。

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