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德国开发控制臂轻量化新方案–泡沫铝三明治夹层复合材料

2018年06月04日 | 作者: 江苏省复合材料学会 | 阅读: 145145

据悉,弗劳恩霍夫机床和成型技术研究所(Fraunhofer IWU)与开姆尼茨工业大学(TU Chemnitz)联合开发了泡沫铝夹层复合材料控制臂。这种高强度的三明治材料由泡沫铝芯、多层纤维增强复合材料层板以及铝合金外壳组成。作为悬架系统的重要组成,控制臂的轻量化能够显著降低底盘簧下质量,从而更好地提升车辆的操控性。

泡沫铝三明治夹层复合材料的性能特点

相较于普通钢制或铝制控制臂,这种三明治复合材料具有更好的抗冲击和抗弯曲性能。泡沫铝的芯层使得其更适用于承受弯曲应力的部件,金属外壳提供了较好的抗冲击性。这种三明治复合材料让承受复杂载荷部件实现轻量化设计成为可能。

作为德国政府“多功能轻量化结构的技术融合”项目MERGE卓越集群(Federal Cluster of Excellence MERGE)中的A、B、C子项目,研究者们通过夹层的结构设计,成功开发了泡沫金属基的轻量化夹层材料。该部件的成功开发依赖于多种材料技术的融合。由于涉及包括金属、塑料、发泡材料在内的多种材料,材料性能的差异使得其间的连接较难实现。因此,各种材料的复合顺序以及各半成品间的连接技术成为该研究中的重大难点。

在MERGE卓越集群项目中,这种复合材料分别被用于制作车轮盘、车顶横梁以及控制臂(如下图1)。与普通的纤维增强复合材料相比,泡沫铝芯层的加入使得新材料具有更高的容损性和抗失效性能。特别是对于控制臂这样的承载部件,不会发生突然失效,且其损伤在表面可以轻易发现,便于及时更换。工艺方面,由于控制臂呈双弯曲的几何形状,因此,其在制造时不能像轮盘一样直接采用泡沫铝作为基材,而是需要嵌入金属嵌件,从而实现零件的功能。