Analyse de la rigidité et des performances d'amortissement du ressort à lames composite

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 6842 (2022) Citer cet article

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La conception légère des ressorts à lames est propice à la réduction de la consommation de carburant et à l'amélioration du confort du véhicule. Le poids du ressort à lames peut évidemment être réduit en utilisant un matériau composite. La rigidité et l'amortissement sont les facteurs clés qui affectent les propriétés du ressort à lames. L'influence de l'angle de pose de la fibre de verre et de la teneur en volume sur la rigidité et l'amortissement du ressort à lames composite a été analysée par expérimentation et simulation. Les résultats montrent que la rigidité et les propriétés d'amortissement des ressorts à lames sont liées à l'angle de pose des fibres et à la teneur en volume des fibres. Lorsque le contenu volumique et le nombre de couches sont constants, la rigidité présente une relation décroissante non linéaire avec l'angle de pose, et le coefficient d'amortissement augmente linéairement avec l'angle de pose. Lorsque l'angle de pose et le nombre de couches sont constants, la raideur augmente linéairement avec la teneur volumique en fibres ; le coefficient d'amortissement a une relation décroissante non linéaire avec la teneur volumique en fibres. Le type de recherche peut fournir une base théorique et une référence pour la conception, l'analyse et l'optimisation des ressorts à lames composites.

En raison des besoins de protection de l'environnement, d'économie d'énergie et de réduction des émissions, la légèreté est devenue la tendance actuelle du développement automobile. De plus, les véhicules légers peuvent également améliorer la puissance, le confort, économiser les matériaux et réduire les coûts1. La technologie légère automobile est l'application intégrée de la technologie de conception, de matériaux et de fabrication. Les deux principaux moyens d'atteindre la légèreté sont la conception d'optimisation structurelle et l'application de nouveaux matériaux. Par rapport à l'acier de même structure, l'utilisation de matériaux composites permet de réduire considérablement le poids, en particulier le développement de matériaux composites à faible densité offre plus de potentiel pour l'allègement automobile2. Parmi de nombreux matériaux composites, les composites à matrice de résine de fibre de verre ont les caractéristiques d'une densité plus faible, d'une résistance et d'une rigidité supérieures, d'une bonne élasticité et résistance à la corrosion, etc. Et les matériaux composites ont été largement utilisés dans l'aérospatiale, l'industrie automobile, la fabrication de machines et d'autres domaines3,4. La plupart des éléments élastiques du système de suspension des véhicules utilitaires sont des ressorts à lames. Cependant, le poids du ressort à lames est important et les performances d'amortissement sont médiocres, ce qui n'est pas propice à la légèreté et au confort du véhicule. Afin de réduire le poids de la suspension et d'améliorer les performances d'amortissement de la suspension, les ressorts à lames composites sont devenus le principal objet de recherche5,6.

En tant que l'une des méthodes efficaces pour réduire les vibrations et le bruit des châssis automobiles, le ressort à lames composite renforcé de fibre de verre a fait l'objet d'une attention considérable ces dernières années. Ke et al.7 ont introduit la méthode de conception des ressorts à lames, le calcul et l'optimisation de la rigidité. Guduru et al.8 ont développé une sorte de ressort à lames composite monolithique en résine époxy en fibre de verre, qui a réduit le poids de 69,4 % par rapport au ressort à lames. Grâce à l'étude des propriétés mécaniques de différents matériaux composites, le matériau le plus approprié pour préparer un ressort à une lame a été obtenu. Al-Obaidi et al.9 ont étudié les propriétés mécaniques des matériaux composites pour la fabrication de ressorts à lames. Les résultats montrent que la capacité portante des ressorts à lames composites est liée à l'angle de pose et au contenu volumique de la fibre, et que le type de matrice a un effet significatif sur la rigidité. Nishant Varma et al.10 ont montré que la fréquence naturelle du ressort à lames composite est supérieure de 93 % à celle du ressort à lames. Chavhan et al.11 ont préparé un ressort à lames en composite de résine époxy en fibre de verre E et ont étudié ses propriétés mécaniques. Les résultats ont montré que la résistance du ressort à lames composite était proche de celle du ressort à lames en acier, mais le poids du ressort à lames composite était réduit de 79,13 %. Les auteurs introduisent que le ressort à lames composite est simple à fabriquer dans l'article, mais je pense que cette conclusion n'est pas rigoureuse. La fabrication du ressort à lames composite doit tenir compte de divers facteurs tels que la légèreté, la rigidité, la résistance, la fatigue, la déformation, etc. Et le processus de fabrication est également assez compliqué, sinon, l'échantillon de ressort à lames ne peut pas être utilisé dans le véhicule réel. Umanath et al.12 ont introduit la méthode de fabrication du ressort à lames avec de la fibre de carbone et de la fibre d'ananas comme matériau composite. La résistance et la rigidité des deux ressorts à lames composites ont été comparées dans l'article. Avant de comparer la résistance et la dureté de différents types de ressorts à lames composites, l'angle de superposition des fibres, la teneur en volume et la rigidité du ressort à lames doivent être contrôlés de la même manière. Dans le même temps, la performance à la fatigue est également une performance importante du ressort à lames, et il n'y a pas d'analyse comparative dans cet article. Rajendran et al.13 ont introduit que sous les mêmes paramètres de conception et conditions d'optimisation, 75,6% de poids peut être réduit en utilisant un ressort à une seule lame au lieu d'un ressort à sept lames. La déformation du ressort à lames a une grande influence sur le confort de conduite et les performances de conduite du véhicule. Lorsque les auteurs ont optimisé le ressort à lames composite, les cibles d'optimisation sélectionnées étaient le poids, la rigidité et la résistance du ressort à lames, et le facteur de déformation du ressort à lames doit être pris en compte en même temps. Hajime Kishi et al.14 ont présenté la préparation de stratifiés composites par un procédé de moulage par coulée sous vide et ont comparé les propriétés mécaniques de stratifiés en fibre de verre avec des angles de pose de ± 60° et ± 45°. Les stratifiés composites sont des structures légères et à parois minces, et leurs caractéristiques d'amortissement sont facilement affectées par la masse du capteur et l'amortissement de l'air. Les auteurs doivent tenir compte des facteurs ci-dessus dans le processus de recherche. Les effets de différentes méthodes de stratification et de traitements chimiques sur les propriétés mécaniques et les propriétés de vibration libre des composites ont été discutés dans la littérature15. Margherita Basso et al.16 ont décrit le comportement non linéaire de composites polymères renforcés de fibres de verre courtes par un test de fluage en traction et un test de dégradation de la rigidité.

Le ressort à lames composite renforcé de fibres est composé de plus de deux types de matériaux polymères avec un module et une résistance différents. En changeant le contenu, le type, la direction et l'ordre de chaque matériau composant, le ressort composite avec différentes propriétés mécaniques peut être obtenu. Cependant, en raison de l'anisotropie et des caractéristiques non linéaires des composites renforcés de fibres de verre17, il devient difficile d'étudier théoriquement les caractéristiques dynamiques des ressorts à lames composites.

Bien qu'il existe de nombreuses études connexes, la plupart d'entre elles se concentrent sur l'analyse théorique et l'analyse par simulation par éléments finis des propriétés mécaniques des ressorts à lames composites. Il existe peu de littérature sur la recherche expérimentale sur les propriétés mécaniques des ressorts à lames composites. Dans cet article, les propriétés de rigidité et d'amortissement du ressort à lames composite à matrice de résine de fibre de verre ont été étudiées, et les effets de la teneur volumique en fibre et de l'angle de pose sur la rigidité et l'amortissement ont été étudiés en détail. Le développement de composites renforcés de fibres dans le domaine de la réduction des vibrations des poids légers et des suspensions automobiles est promu dans ce travail.

Dans cet article, la fibre de verre PPG2026 est sélectionnée comme matériau renforcé et le polyuréthane MAX2 est sélectionné comme matériau de matrice. La fibre de verre PPG2026 appartient à la fibre de verre E, produite par PPG Industries, USA. Il possède d'excellentes propriétés mécaniques et peut former une excellente interface avec la matrice de résine pour améliorer les performances de fatigue du ressort à lames composite. Le polyuréthane MAX2 présente les caractéristiques de résistance élevée, de résistance à la déchirure, de résistance à l'abrasion, etc., et peut former une excellente liaison d'interface avec la fibre de verre. Les paramètres de propriété des matériaux sont présentés dans le tableau 1.

Le ressort à lames composite est une structure de panneaux multicouches liés par plusieurs panneaux monocouches selon un angle de pose et un ordre de pose spécifiques. Ses propriétés mécaniques dépendent des performances, de la teneur et de l'angle de pose de la fibre de verre18. La teneur volumique en fibre de verre est un paramètre de performance important du stratifié fibre de verre E/polyuréthane. Une teneur volumique en fibres trop faible ne peut pas augmenter l'effet. Lorsque la déformation de la matrice est plus grande, la fibre se casse. Si la teneur volumique en fibres est trop élevée, la résistance du matériau composite sera plus élevée, mais la fluidité de la résine se détériorera et les performances d'amortissement du ressort à lames composite diminueront également19. Compte tenu des propriétés mécaniques des matériaux composites, les ressorts à lames composites avec un angle de pose de 0° ont été préparés et la teneur en volume de la fibre de verre e était de 40 %, 60 % et 80 % respectivement. Selon la répartition des fibres de verre dans la matrice, les stratifiés composites peuvent être divisés en stratifiés unidirectionnels et stratifiés multidirectionnels, et les stratifiés unidirectionnels sont des fibres disposées dans la même direction à partir de plusieurs plis unidirectionnels. Les stratifiés multidirectionnels sont des fibres constituées de plusieurs plis unidirectionnels posés dans des directions différentes20. Les ressorts à lames composites avec une teneur en volume de fibres de 60 % ont été préparés et l'angle de pose était de 0°, 45° et 90°, respectivement. La structure composite du ressort à lames est illustrée à la Fig. 1a.

La structure composite du ressort à lames ; (a) le modèle 3D du ressort à lames ; (b) la structure de connexion avant; (c) la structure de connexion médiane; (d) la structure de connexion arrière.

Le ressort à lames composite est composé d'un corps de ressort à lames, d'une structure de connexion avant, d'une structure de connexion arrière et d'une structure de connexion médiane. Le corps du ressort à lames est de forme parabolique, et une structure de bossage est conçue au milieu du corps de ressort à lames, et la structure de bossage est reliée à la structure de connexion médiane pour transmettre les charges longitudinales et les charges latérales. La figure lb est une structure de connexion avant constituée d'un joint métallique avant et d'une douille en caoutchouc, qui est connectée à l'extrémité avant du corps de ressort à lames par des boulons. La figure 1c montre la structure de connexion médiane, qui se compose d'une plaque métallique inférieure, d'une plaque métallique supérieure et d'une plaque métallique à boulon en U. La figure 1d est une structure de connexion arrière constituée d'un joint métallique avant et d'une douille en caoutchouc, qui est reliée à l'extrémité arrière du corps de ressort à lames par des boulons.

Dans cet article, un processus de moulage par transfert de résine à haute pression (processus HP-RTM en abrégé) est utilisé pour préparer des ressorts à lames composites en polyuréthane à fibre de verre E. Le processus HP-RTM utilise une haute pression pour mélanger la résine et l'injecter dans un moule scellé sous vide avec des matériaux renforcés de fibres et des inserts préréglés à l'avance. Après le remplissage, l'imprégnation, le durcissement et le démoulage du flux de résine, le processus de moulage des produits composites est obtenu21,22. Afin d'optimiser les propriétés mécaniques de la résine polyuréthanne, il est également nécessaire d'utiliser un four pour post-durcir le corps de ressort à lames. Les éprouvettes finales de ressorts à lames composites sont présentées dans le tableau 2.

En raison du long cycle de travail et du coût élevé de fabrication des ressorts à lames composites, il est difficile de fabriquer plus d'échantillons avec différents angles de pose et différents volumes. Afin d'obtenir plus de données, le modèle par éléments finis du ressort à lames composite a été établi dans cet article.

Le modèle 3D du ressort à lames composite a été importé dans le logiciel HYPERMESH, le modèle a été divisé en maillages solides et le type d'élément était l'élément C3D8I. La figure 2 est un modèle d'éléments finis de ressort à lames avec 457 482 éléments et 518 750 nœuds. Le modèle d'éléments finis a été importé dans le logiciel ABAQUS sous la forme d'un fichier INP, et les propriétés matérielles du modèle ont été définies en fonction des données du tableau 1. Le degré de liberté dans la direction Ry de la douille en caoutchouc A dans la structure de connexion avant est libéré, les degrés de liberté dans les directions X et Ry de la douille en caoutchouc B dans la structure de connexion arrière sont libérés.

Le modèle d'éléments finis du ressort à lames composite.

Lors de la simulation de la rigidité statique du ressort à lames, l'excitation de déplacement dans la direction z est lentement appliquée à la structure connectée médiane C, et la rigidité statique est calculée en fonction de la courbe force-déplacement de la structure connectée médiane C. Lors de la simulation de la rigidité dynamique du ressort à lames, une précharge est appliquée au ressort à lames, et l'amplitude de déplacement dans la direction Z est de ± 10 mm et la fréquence de chargement est de 4 Hz. Lors de la simulation du coefficient d'amortissement du ressort à lames, l'excitation de déplacement d'impulsion transitoire dans la direction Z est appliquée à la structure connectée médiane C, et le coefficient d'amortissement est calculé en fonction de la courbe d'accélération dans le domaine temporel de la structure connectée médiane C.

Le banc d'essai de rigidité du ressort à lames composite est illustré à la Fig. 3a. Les pattes aux deux extrémités du ressort à lame composite sont respectivement installées sur la pince respectivement. Lorsque le ressort à lames se déforme, la pince peut être enroulée le long de la direction d'extension du ressort à lames sur le banc d'essai pour simuler l'état de fonctionnement réel du ressort à lames composé. L'actionneur du banc est commandé par un système d'asservissement hydraulique. La charge de l'actionneur pendant le test est collectée par un capteur de force au milieu de l'échantillon de ressort à lame, et le déplacement vertical de l'actionneur pendant le test est mesuré par un pied à coulisse. La pente de la courbe charge-déplacement de l'actionneur est la rigidité du ressort à lames composite. La déflexion dynamique maximale du ressort à lames composite conçu dans cet article est de 140 mm. Tout d'abord, un déplacement vertical est appliqué à l'échantillon à travers l'actionneur, le déplacement vertical est progressivement augmenté de 0 à 140 mm, et la charge verticale de l'actionneur est enregistrée tous les 5 mm. Deuxièmement, le déplacement vertical imposé par l'actionneur sur l'échantillon a été progressivement réduit de 140 à 0 mm, et la charge verticale de l'actionneur a été enregistrée tous les 5 mm.

Essai de propriété mécanique du ressort à lames composite ; (a) l'essai de rigidité ; (b) l'essai d'amortissement.

Étant donné que le glissement relatif entre la fibre de verre et la matrice de polyuréthane consomme beaucoup d'énergie et la viscoélasticité inhérente de la matrice, le composite de polyuréthane à fibres de verre a de bonnes propriétés d'amortissement. L'amortissement du ressort à lame composite provient principalement de la viscoélasticité du matériau composite lui-même et du frottement interne du ressort à lame. L'amortissement est généralement exprimé par le coefficient d'amortissement. En raison de la grande rigidité du ressort à lame composite, son coefficient d'amortissement est difficile à mesurer par la méthode d'essai au banc. Dans cet article, le spécimen de ressort à lames est installé sur l'essieu arrière du véhicule et les caractéristiques d'amortissement du spécimen sont testées par la méthode de roulement. Afin d'éviter l'impact de l'amortisseur sur les résultats du test, l'amortisseur de la suspension arrière du véhicule a été retiré avant le test d'amortissement. Le test d'amortissement utilise le système de test LMS TEST.LAB et le capteur d'accélération de vibration à trois voies PCB. Le capteur est disposé sur le châssis au-dessus de l'essieu arrière du véhicule, comme illustré sur la figure 3b. Le signal d'accélération du capteur de vibrations sur le cadre est collecté et le coefficient d'amortissement du ressort à lames composé est calculé en fonction du rapport d'atténuation d'amplitude de la courbe d'atténuation des vibrations libres.

La rigidité du ressort à lames composite est déterminée par les propriétés mécaniques de chaque plaque monocouche et affectée par des facteurs tels que la teneur en volume de la fibre de verre, le nombre de couches, l'angle de pose et la température de travail. Afin d'analyser l'influence de l'angle de pose sur la raideur de la lame ressort composite, les éprouvettes 1, 2 et 3 ont été sélectionnées pour des essais de comparaison de raideur. Les résultats des tests de rigidité sont présentés à la Fig. 4.

Courbes de rigidité des ressorts à lames avec différents angles de pose ; (a) Échantillons 1 données d'essai ; (b) Données d'essai du spécimen 2 ; (c) Données d'essai du spécimen 3.

Les figures 4a à c montrent les courbes de rigidité des ressorts à lames composites avec différents angles de pose lorsque la teneur volumique en fibres de verre est de 60 %. Les courbes montrent que l'angle de pose des fibres a un effet significatif sur la rigidité du ressort à lame composite. La zone délimitée par la boucle d'hystérésis est le travail effectué par la charge appliquée, qui diminue avec l'augmentation de l'angle de pose. Dans les mêmes conditions de déplacement, plus la surface est grande, plus la raideur du ressort à lame composite est grande. La rigidité des éprouvettes 1, 2 et 3 est de 118,3 N/mm, 87,8 N/mm et 70,3 N/mm, respectivement. Lorsque l'angle de pose est de 0°, la rigidité est maximale, lorsque l'angle de pose est de 90°, la rigidité est minimale.

La figure 5 est la simulation et les courbes expérimentales du ressort à lames avec différents angles de pose. Lorsque l'angle de pose est de 0°, l'accord entre le résultat du test de rigidité statique et le résultat de simulation de la rigidité statique est de 98,5 %, lorsque l'angle de pose est de 45°, l'accord est de 96,3 % et lorsque l'angle de pose est de 90 °, l'accord est de 95,8 %. Les résultats de la comparaison montrent que le modèle d'éléments finis du ressort à lame composite est correct. La rigidité dynamique du ressort à lames est supérieure à la rigidité statique, et la différence entre les deux données augmente avec l'augmentation de l'angle de pliage. Les données expérimentales et les données de simulation montrent que lorsque le contenu volumique et le nombre de couches sont constants, plus l'angle de pose est grand, plus la rigidité est faible, et il a une relation décroissante non linéaire avec l'angle de pose.

La simulation et les courbes expérimentales du ressort à lames avec différents angles de pose.

Pour un ressort à lames composite avec un angle de pliage de 0°, la teneur volumique en fibres de verre affecte principalement le module de traction longitudinal. Plus la fraction volumique de fibres est élevée, plus le module de traction longitudinal est élevé et plus la rigidité du ressort à lames est élevée. Afin d'analyser quantitativement la relation entre la rigidité du ressort à lames composite et la teneur volumique en fibre de verre, les éprouvettes 1, 4 et 5 ont été sélectionnées pour des tests de comparaison de rigidité. Les figures 6a à c montrent les courbes de rigidité des ressorts à lames composites avec différentes teneurs en volume de fibres lorsque l'angle de pose est de 0°. Les raideurs des éprouvettes 4, 1 et 5 sont respectivement de 95,7 N/mm, 118,3 N/mm et 137,1 N/mm. Lorsque le taux volumique de fibres est de 40 %, la raideur est minimale, lorsque le taux volumique de fibres est de 80 %, la raideur est maximale.

Courbe de rigidité du ressort à lames composite avec différentes teneurs en volume de fibres ; (a) données d'essai du spécimen 4 ; (b) les données d'essai de l'échantillon 1 ; (c) spécimen 5 données d'essai.

La figure 7 est la simulation et les courbes expérimentales du ressort à lames avec un contenu volumique différent. Lorsque la teneur en volume est de 40 %, l'accord entre le résultat du test de rigidité statique et le résultat de simulation de la rigidité statique est de 92,5 %, lorsque la teneur en volume est de 60 %, l'accord est de 98,5 % et lorsque la teneur en volume est de 80 %, l'accord est de 93,5 %. La raideur dynamique du ressort à lames est supérieure à la raideur statique, et la différence entre les deux données diminue avec l'augmentation de la teneur en volume. Les données expérimentales et les données de simulation montrent que lorsque l'angle de pose et le nombre de couches sont constants, plus le contenu volumique est important, plus la rigidité est élevée, et il existe une relation croissante linéaire avec le contenu volumique des fibres.

La simulation et les courbes expérimentales du ressort à lames avec différents contenus volumiques.

Les spécimens 1, 2 et 3 ont été installés entre l'essieu arrière et le châssis, et les amortisseurs de la suspension arrière ont été retirés, et le test d'amortissement du ressort à lames a été effectué. Les figures 8a à c montrent les courbes d'atténuation des vibrations libres du ressort à lames composite. L'amplitude des cycles adjacents ne change pas beaucoup, ce qui indique que l'amortissement du ressort à lame composite est faible. Les coefficients d'amortissement des éprouvettes 1, 2 et 3 sont respectivement de 0,024, 0,031 et 0,044. Le coefficient d'amortissement du ressort à lames avec une couche à 0° est le plus petit et le coefficient d'amortissement du ressort à lames avec une couche à 90° est le plus grand.

Courbe de variation de l'atténuation des vibrations des ressorts à lames composites avec différents angles de pose ; (a) les données d'essai de l'échantillon 1 ; (b) les données d'essai de l'échantillon 2 ; (c) données d'essai de l'échantillon 3.

Les angles de pose des fibres affectent la rigidité globale, le frottement interlaminaire et les propriétés de cisaillement des stratifiés. Lorsque la rigidité du ressort à lames composite est trop grande, la capacité de déformation du polyuréthane sera affectée et le glissement relatif entre le renfort et la matrice sera entravé, réduisant ainsi les caractéristiques d'amortissement du ressort à lames composite23,24. L'échantillon 1 est posé à 0°, la couche de fibres joue le rôle principal d'appui et la raideur du ressort à lames est la plus grande. Sous la même charge externe, le ressort à lame composite consomme moins d'énergie vibratoire et a le plus petit coefficient d'amortissement. L'éprouvette 5 est posée à 90° et la couche de polyuréthane joue le rôle de support principal, ce qui entraîne la plus faible rigidité du ressort à lames. Sous la même charge externe, le ressort à lames composite consomme plus d'énergie de vibration et a le plus grand coefficient d'amortissement.

La figure 9 représente les courbes de contraste d'amortissement du ressort à lames avec différents angles de pose. Lorsque l'angle de pose est de 0°, l'accord entre le résultat du test et le résultat de la simulation est de 93,8 %, lorsque l'angle de pose est de 45°, l'accord est de 96,6 % et lorsque l'angle de pose est de 90°, l'accord est de 95,0 %. Les données expérimentales et les données de simulation montrent que lorsque la teneur en volume de fibres et le nombre de couches sont constants, plus l'angle de pose est grand, plus le coefficient d'amortissement du ressort à lames composite est élevé et il a une relation de croissance linéaire approximative avec les angles de pose.

Les courbes de contraste d'amortissement des ressorts à lames avec différents angles de pose.

Les éprouvettes 1, 4, 5 ont été sélectionnées pour des essais d'amortissement. Les figures 10a à c montrent les courbes d'atténuation des vibrations libres des spécimens de ressorts à lames composites. Les coefficients d'amortissement des éprouvettes 4, 1 et 5 sont respectivement de 0,032, 0,024 et 0,0197. Lorsque la teneur volumique en fibres est de 40 %. Le coefficient d'amortissement du ressort à lames est le plus grand. Lorsque la teneur volumique en fibres est de 80%, le coefficient d'amortissement du ressort à lames est le plus petit.

Courbe d'atténuation des vibrations d'un ressort à lames composite avec différents contenus volumiques ; (a) données d'essai du spécimen 4 ; (b) les données d'essai de l'échantillon 1 ; (c) spécimen 5 données d'essai.

La principale contribution de l'amortissement du ressort à lame composite provient de la matrice en polyuréthane. Le polyuréthane est viscoélastique. Lorsqu'une force est appliquée au ressort à lames, la matrice de polyuréthane subit une déformation en traction, une déformation en flexion et une déformation en cisaillement, ce qui consomme de l'énergie de vibration pour obtenir l'effet de réduction des vibrations. Plus la teneur volumique en fibres de verre est élevée, plus la teneur en polyuréthane est faible, plus la viscoélasticité du ressort à lame composite est mauvaise et plus le coefficient d'amortissement est faible.

La figure 11 représente les courbes de contraste d'amortissement de ressorts à lames avec différentes teneurs en volume. Lorsque la teneur en volume est de 40 %, l'accord entre le résultat du test et le résultat de la simulation est de 95,5 %, lorsque la teneur en volume est de 60 %, l'accord est de 94,1 % et lorsque la teneur en volume est de 80 %, l'accord est de 93,4 %. Les données expérimentales et les données de simulation montrent que lorsque l'angle de pose et le nombre de couches sont constants, plus le taux volumique de fibres est élevé, plus le coefficient d'amortissement est faible. Cependant, lorsque la teneur volumique en fibres augmente dans une certaine mesure, l'influence de la teneur volumique en fibres sur le coefficient d'amortissement du ressort à lame composite deviendra insignifiante.

Les courbes de contraste d'amortissement des ressorts à lames avec différentes teneurs en volume.

Lorsque la teneur volumique en fibres et le nombre de couches du ressort à lames composite restent inchangés, plus l'angle de pose est grand, plus la rigidité est petite et plus le coefficient d'amortissement est grand.

Lorsque l'angle de pose des fibres et le nombre de couches du ressort à lames composite restent inchangés, plus la teneur en volume de fibres est élevée, plus la rigidité est grande et plus le coefficient d'amortissement est petit.

Le modèle d'éléments finis du ressort à lames composite est établi dans l'article, et la rigidité et l'amortissement sont simulés et analysés. Les données de simulation sont en bon accord avec les données expérimentales. La méthode de simulation par éléments finis est utile pour étudier les propriétés mécaniques du ressort à lames.

Les résultats de la recherche sur la rigidité et l'amortissement des ressorts à lames composites fournissent une base théorique et une référence pour la conception des performances des ressorts à lames.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié.

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Les auteurs tiennent à souligner le soutien de Naveco Automobile Co., Ltd (Grant no. HTSP20210302) pour avoir fourni les matériaux et les appareils nécessaires à la réalisation des travaux expérimentaux.

École des cybersciences et de l'ingénierie, Université du Sud-Est, Nanjing, 211189, Chine

Xiaojun Zou et Guodong Yin

Naveco Automobile Co., Ltd, Nanjing, 211806, Chine

Xiaojun Zou et Bao Zhang

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XZ est responsable de la conception du ressort à lames composite et a rédigé le manuscrit principal. BZ est responsable de l'analyse des tests de rigidité et d'amortissement. GY est responsable de l'analyse de faisabilité du schéma du ressort à lames composite et de la préparation des échantillons.

Correspondance à Xiaojun Zou.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Zou, X., Zhang, B. & Yin, G. Analyse de la rigidité et des performances d'amortissement du ressort à lames composite. Sci Rep 12, 6842 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-11055-5

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Reçu : 11 mars 2022

Accepté : 15 avril 2022

Publié: 27 avril 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-11055-5

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