對于設計人員來說,如何保證纖維復合結構的設計符合纖維特性并且確保構件在使用時安全可靠是一個巨大的挑戰(zhàn)。

 

       與金屬相比，纖維復合材料在載荷情況下的行為更復雜，所以不能簡單地用纖維復合結構替代金屬結構?？紤]到加工工藝以及纖維復合材料各向異性的原因，在設計時針對不同的材料需要采取不同的途徑。設計纖維復合材料時必須符合纖維的特性，所以這些強化纖維必須在載荷方向排列整齊。

 

       拉桿在負載情況“左轉剎車”時所受的張力

 

       達姆斯達特的研究者們面對的一個挑戰(zhàn)是如何使纖維復合材料構件的制造適合批量化生產(chǎn)。研究結果表明，采用熱塑性材料矩陣的有機板坯特別適合大型與面型構件制造。材料在模具中按照構件的形狀注塑成型?；诓牧系臒峁绦运芰暇仃圀w系，可以考慮采用樹脂傳遞模塑方法加工構件。

 

       LBF的研究人員強調(diào)，要設計出穩(wěn)定可靠的汽車底盤零件，需要考慮到所有與零件運行有關的影響因素。構件的載荷設計以在一個行駛周期中測量輪獲取的載荷集為基礎。這些數(shù)值組被換算成各個構件所受的外力。臨界駕駛行為由駕駛行為導出，這些臨界值則作為假設載荷。按照研究人員的進一步解釋，不同的駕駛行為在載荷最高的區(qū)域引起了錯綜復雜的多軸向負荷狀態(tài)，考慮到行駛安全，需要對這些狀態(tài)進行評估。

　　

       優(yōu)化的敷層結構

 

       研究人員對所采用的材料進行了試驗研究，根據(jù)研究成果構建了材料模型基礎，并據(jù)此對壽命進行評估。借助于數(shù)字仿真方法，研究人員對各種載荷區(qū)域加以識別，結構中的纖維增強材料需要根據(jù)載荷方向變化。研究表明，為了支持局域纖維增強，編織層需要采用敷層結構。為了使編織層最佳適應應力載荷，對敷層構造根據(jù)局域纖維方向加以數(shù)字優(yōu)化。

 

       光線揭示損傷

 

       高負載情形會使構件結構受損并縮短構件的壽命，例如發(fā)生交通事故或者在路況很差的路面超載等。借助于由纖維光學傳感器和光電纜組成的結構健康監(jiān)控系統(tǒng)，研究人員可以在線監(jiān)控這些受損區(qū)域。當構件被監(jiān)控區(qū)域產(chǎn)生了一條裂縫并且損傷加重時，該區(qū)域的變形則加劇，而纖維光學傳感器會捕獲這些變化。在超出所設定的最低值時，司機會得到相應的警報顯示。

 

       在纖維復合材料中的阻尼振動

 

       承受動態(tài)載荷的輕量化結構易產(chǎn)生振動，通常情況下會采用減振器之類的裝置減少振動。采用此種方法的缺點是需要額外的重量和空間。為此，弗勞恩霍夫LBF研究所的研究人員通過采用被動元件布線的壓電轉換器集成了減振器。其原理是采用感應線路和轉換器一起作為諧振線路，從而取代了機械減振器。為了實現(xiàn)高效，LBF研究者們在纖維復合材料構件的研發(fā)過程中采用了這個半主動系統(tǒng)，這樣就可以加工出同時具有重量低、阻尼性能良好的構件。