福特计划开发对塑料板簧系列建立可靠的故障预测体系

纤维增强塑料（FRP）特别适合于结构轻量化施工，因为它们具有优异的重量特性，如高刚度和高强度，并且还具有耐腐蚀性，以及优异的疲劳性能。除此之外，它们也提供了良好的阻尼特性，这些特性注定了它们可以作为弹簧元件使用。由于有可能在弹簧负载方向中定向放置纤维，与经典钢弹簧相比，可节省多达80%的重量。然而，在预测玻璃钢弹簧的预期寿命方面，有相当多的不确定性，这种不确定性一直阻碍着它们在很多应用领域中的应用。这种材料存在各种断裂模式，循环载荷下测试结果具有广泛散射，这种材料的典型特征也成为了使用的隐患，因此几乎不可能获得对寿命快速可靠的估计。

为此，位于德国亚琛的福特研究中心的研究团队，塑料加工研究所（IKV）和亚琛工业大学开始进行合作，他们的联合项目名称是“底盘部件用复合材料”复玻璃钢弹簧的疲劳破坏行为。福特-工大联盟的目的是开发一个可靠的预测模型，使得这些钢板弹簧在汽车行业中得以有效应用。


采用周期性的3点弯曲试验具有代表性的试样，以测定玻璃纤维增强塑料的疲劳性能（©IKV）

在各种不同的边界条件下，研究人员使用各种试验材料进行了三点弯曲载荷测试。在结果的帮助下，研究小组正在实施先进的分析和数值计算方法来计算预期寿命。重点始终是计算的经济效率，现在反映在计算模型所需的计算时间中。

通过对FE方法中唯象模型的实现和进一步发展，可以将数据从材料传输到零件，而不需要单独计算每一个负载周期。从损伤和破坏剖面的分析和数值描述出发，推导出了缩短实际试验所需时间的新方法。在福特公司，将指定一个载荷谱，它与实际负载模式产生相同的损伤发展，但只需要最少的测试时间。