福特計劃開發(fā)對塑料板簧系列建立可靠的故障預(yù)測體系

纖維增強塑料（FRP）特別適合于結(jié)構(gòu)輕量化施工，因為它們具有優(yōu)異的重量特性，如高剛度和高強度，并且還具有耐腐蝕性，以及優(yōu)異的疲勞性能。除此之外，它們也提供了良好的阻尼特性，這些特性注定了它們可以作為彈簧元件使用。由于有可能在彈簧負(fù)載方向中定向放置纖維，與經(jīng)典鋼彈簧相比，可節(jié)省多達(dá)80%的重量。然而，在預(yù)測玻璃鋼彈簧的預(yù)期壽命方面，有相當(dāng)多的不確定性，這種不確定性一直阻礙著它們在很多應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用。這種材料存在各種斷裂模式，循環(huán)載荷下測試結(jié)果具有廣泛散射，這種材料的典型特征也成為了使用的隱患，因此幾乎不可能獲得對壽命快速可靠的估計。

為此，位于德國亞琛的福特研究中心的研究團(tuán)隊，塑料加工研究所（IKV）和亞琛工業(yè)大學(xué)開始進(jìn)行合作，他們的聯(lián)合項目名稱是“底盤部件用復(fù)合材料”復(fù)玻璃鋼彈簧的疲勞破壞行為。福特-工大聯(lián)盟的目的是開發(fā)一個可靠的預(yù)測模型，使得這些鋼板彈簧在汽車行業(yè)中得以有效應(yīng)用。


采用周期性的3點彎曲試驗具有代表性的試樣，以測定玻璃纖維增強塑料的疲勞性能（©IKV）

在各種不同的邊界條件下，研究人員使用各種試驗材料進(jìn)行了三點彎曲載荷測試。在結(jié)果的幫助下，研究小組正在實施先進(jìn)的分析和數(shù)值計算方法來計算預(yù)期壽命。重點始終是計算的經(jīng)濟效率，現(xiàn)在反映在計算模型所需的計算時間中。

通過對FE方法中唯象模型的實現(xiàn)和進(jìn)一步發(fā)展，可以將數(shù)據(jù)從材料傳輸?shù)搅慵?，而不需要單獨計算每一個負(fù)載周期。從損傷和破壞剖面的分析和數(shù)值描述出發(fā)，推導(dǎo)出了縮短實際試驗所需時間的新方法。在福特公司，將指定一個載荷譜，它與實際負(fù)載模式產(chǎn)生相同的損傷發(fā)展，但只需要最少的測試時間。