利用混合式防倾杆实现重工业轻量化

南约克郡的两家企业与谢菲尔德大学先进制造研究中心（AMRC）联手，通过设计、制造和测试一种用于卡车和火车的高性能稳定杆，比目前市场上的稳定杆轻30%，从而进一步推动汽车行业向净零排放的道路发展。

AMRC复合材料中心与Tinsley Bridge公司和Performance Engineered Solutions公司合作开展了轻质金属复合材料混合项目（LiMeCH），该项目获得了英国创新署40万英镑的资助，创造了目前用于悬挂装置的管状钢筋的更轻的替代品。

"客户的首要任务就是轻量化，"Tinsley Bridge公司工程总监Russell Crow说。"当他们在寻找替代推进系统时更是如此，如电力驱动系统和替代燃料，因为节省的每一克都抵消了他们必须为电池或氢燃料箱携带的额外质量。"

碳纤维复合材料尚未广泛应用于量产汽车领域的功能部件，如悬架系统，其行业标准是将钢管焊接到金属终端接头。用更轻的材料取代钢铁可以提高燃油效率，帮助运营商满足新的排放法规，而且复合材料受疲劳的影响较小，因此使用它们可以在不影响性能的情况下提高可靠性。

为期两年的LiMeCH项目中，该联盟旨在复合管和金属端部配件之间建立一个合适的接头，共同构成防倾杆（ARB），这是车辆悬挂单元的关键部件。作为一个最低限度，该接头需要能够传递与用钢弹簧制造的等效部件相同载荷。

在AMRC的MF技术长丝缠绕系统上生产的原型防倾杆之一

关键是找到一个模块化系统。这个项目并非要制造一个非常昂贵的复合材料部件，而是要研究出如何将金属和复合材料结合在一起的可行方法，以少量库存零件创造高可配置性。

Tinsley Bridge与AMRC（高价值制造（HVM）项目的一部分）有过合作历史，在一个名为“轻量级复合材料悬架组件（LiCoSuCo）”的项目中开发了一种用粘合剂连接的金属和碳纤维增强塑料（CFRP）的混合复合材料辊杆。 AMRC复合材料中心的研究工程师Craig Atkins表示，虽然该项目在批量复合材料制造、金属臂生产和粘合领域取得了进展，但它也产生了其他问题，需要团队开发解决。

Craig Atkins继续说道："我们从LiCoSuCo项目中吸取了失败的经验教训，特别是在金属和碳纤维之间粘合接头的完整性方面。继续进行的LiMeCH项目是建立在前一个项目的成果之上的合作和研究。"

另一家合作公司——Performance Engineered Solutions公司利用其在复合材料和轻质材料方面的专业知识来设计ARB，在制造之前采用有限元分析（FEA）来模拟过程，以确定拟议的设计是否能够抵御ARB所承受的载荷。

Performance Engineered Solutions公司高级设计工程师Stefan Dalberg表示："我们需要考虑制造的难易程度以及材料选择、粘合剂选择以及无损检测（NDT）期间的性能。"

AMRC复合材料中心使用其MF Tech长丝缠绕系统生产了四个防倾杆原型，在该系统中，浸渍树脂的碳长丝被缠绕在旋转的心轴上以形成所需的形状。PES使用CT扫描技术对钢筋的内部进行穿透性检查，然后使用内部光扫描系统对零件进行目视检查。

对复合材料系统的检测是关键，因为这些部件的故障模式与行业内每个人都知道、理解的传统钢材不同。需要研究并开发了一整套非破坏性测试技术，包括在现场和测试轨道上的测试，以了解该部件是否已经损坏，损坏的程度如何，以及是否适合继续使用。很高兴，这些原型已经通过了这些严格测试。

"目前我们已经做了无损检测、环境测试和冲击测试；所以我们已经有效地研究了车辆下对这根钢筋的所有要求，并建立了安全案例，"Stefan说，"现在是优化设计的问题，因为我们有可能使它更轻，并继续降低单位成本"。

此外，这个项目的结果在重工业之外也有应用。最初的设计ARB是为卡车、火车和军用车辆设计，但它可以按比例缩小——没有理由不将这项技术应用于电动汽车（EV）和快递服务使用的小型货车。随着汽车工业向更大的电气化和更轻的部件发展，人们越来越关注如何摆脱完全的金属部件。找到一种将金属材料与复合材料结合的方法，并将一个部件的重量减少近三分之一，是在实现净零的道路上迈出的重要一步。

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