重卡悬架碳纤维复合材料多片簧的设计与试验研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.014

复合材料科学与工程 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (8): 118-124.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.014

重卡悬架碳纤维复合材料多片簧的设计与试验研究

王毅¹, 胡业发¹, 王宝昆², 伍水华³, 付凯¹, 文湘隆¹, 张锦光^1,4*

1.武汉理工大学机电工程学院,武汉 430070;
2.湖南行必达网联科技有限公司,长沙 410119;
3.湖北神风汽车弹簧有限公司,黄冈 435317;
4.武汉理工大学先进材料制造装备与技术研究院,武汉 430070

收稿日期:2024-08-09 出版日期:2025-08-28 发布日期:2025-09-23
通讯作者: 张锦光(1966—),男,教授,博士,主要从事复合材料结构功能一体化设计技术、减振技术与应用、智能制造技术与装备方面的研究,jgzhang@whut.edu.cn。
作者简介:王毅(1980—),男,高级工程师,硕士,主要从事新能源重卡产品的开发与试验技术方面的研究。
基金资助:
湖北省重大攻关项目(JD)2023BAA028

Design and experimental study of carbon fiber composite multi-leaf springs for heavy truck suspension

WANG Yi¹, HU Yefa¹, WANG Baokun², WU Shuihua³, FU Kai¹, WEN Xianglong¹, ZHANG Jinguang^1,4*

1. School of Mechanical and Electronic Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China;
2. Hunan Xingbida Network Technology Co., Ltd., Changsha 410119, China;
3. Hubei Shenfeng Automotive Spring Co., Ltd., Huanggang 435317, China;
4. Institute of Advanced Material and Manufacturing Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China

Received:2024-08-09 Online:2025-08-28 Published:2025-09-23

摘要/Abstract

摘要： 本文将碳纤维增强复合材料(CFRP)引入重卡板簧的设计之中,提出一种CFRP多片簧结构。利用有限元仿真分析对CFRP多片簧的强度和刚度进行协调匹配设计,得出CFRP单片板簧的铺层角度为[0₃₃/±75]₅,并通过台架试验对仿真模型进行优化,利用ABAQUS软件建立优化后的有限元仿真模型,并通过CAE对CFRP多片簧在工作载荷、极限载荷和疲劳加载等工况下进行可靠性分析,预测CFRP多片簧的刚度和疲劳寿命,对CFRP多片簧试验件进行台架试验。结果表明,CFRP多片簧的质量为34.4 kg,减重45%以上,经历15万次的循环加载后,CFRP多片簧的刚度并未下降,且仍能承受20 t的载荷而不破坏。

关键词: 碳纤维增强复合材料, 板簧, 有限元仿真分析, 台架试验

Abstract: This paper introduces carbon fiber reinforced plastic (CFRP) into the design of heavy truck leaf springs and propose a CFRP multi-leaf spring structure. Using finite element simulation analysis to coordinate and match the strength and stiffness of CFRP multi-leaf springs, which yields a lay-up angle of [0₃₃/±75]₅ for the CFRP single leaf spring, and optimize the simulation model by bench test, used ABAQUS software to establish the optimized finite element simulation model and CAE to predict the stiffness and fatigue life of CFRP multi-leaf springs under the conditions of working load, ultimate load and fatigue loading, and carry out reliability analysis of CFRP multi-leaf springs. Reliability analysis is carried out to predict the stiffness and fatigue life of CFRP multi-leaf springs, and bench tests are carried out on CFRP multi-leaf spring test pieces. The results show that the mass of the CFRP multi-leaf spring is 34.4 kg, achieving a weight reduction of over 45%. Additionally, the stiffness of the CFRP multi-leaf spring does not decrease after 150 000 cycles of cyclic loading, and it can still withstand a load of 20 tons without damage.

Key words: CFRP, leaf spring, finite element simulation analysis, bench test

中图分类号:

TB332

王毅, 胡业发, 王宝昆, 伍水华, 付凯, 文湘隆, 张锦光. 重卡悬架碳纤维复合材料多片簧的设计与试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(8): 118-124.

WANG Yi, HU Yefa, WANG Baokun, WU Shuihua, FU Kai, WEN Xianglong, ZHANG Jinguang. Design and experimental study of carbon fiber composite multi-leaf springs for heavy truck suspension[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2025, 0(8): 118-124.

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重卡悬架碳纤维复合材料多片簧的设计与试验研究

Design and experimental study of carbon fiber composite multi-leaf springs for heavy truck suspension

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