渐变刚度钢板弹簧的非线性有限元分析

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1、振动!测试与诊断第!"卷第"期.',9!":'9"#$%"年%$月;<19#$%"&'()*+,'-./0)+1/'*"23+4()353*167/+8*'4/4!"##%$9%=>"$$?9<*@/9/44*9%$$>A=B$%9#$%"9$"9$$!渐变刚度钢板弹簧的非线性有限元分析!王"勇%!"李舜酩%!"张袁元#!"曹倩倩%%%9南京航空航天大学能源与动力学院"南京"#%$$%=&"%#9南京工程学院汽车与轨道交通学院"南京"#%%%=C&摘要"针对传统的钢板弹簧设计计算方法难以考虑钢板弹簧实际的工作状况"综合考虑钢板弹簧

2、实际工作过程中的大变形!各簧片及垫片之间的接触和摩擦等非线性因素"基于有限元分析方法对某汽车后悬架渐变刚度钢板弹簧的刚度及强度特性进行分析'其刚度及强度试验结果表明"考虑非线性因素后建立的钢板弹簧有限元模型精度比较高'在模型验证精确的基础上"利用瞬态动力学分析方法求解钢板弹簧在简谐载荷激励下的动态响应"获得其动态特性随激励载荷频率与幅值的变化规律'该建模方法能有效地模拟钢板弹簧实际工作状态"可为钢板弹簧结构进一步的优化提供前提'关键词"钢板弹簧(非线性(建模(有限元分析(动态特性中图分类号"D>=!9!!上"利用J*4G4瞬态动力

3、学法分析钢板弹簧在简谐引"言载荷激励下的动态特性"研究其动态特性随激励载荷频率与幅值的变化规律'钢板弹簧是汽车悬架系统中重要的弹性元件及导向装置"具有结构简单!工作可靠!成本低廉和维$"钢板弹簧静力学分析修方便等优点"在汽车悬架系统中广泛应用')%*传统的钢板弹簧设计计算方法"如共同曲率$9$"钢板弹簧有限元模型建立法及集中载荷法"难以考虑钢板弹簧实际工作过程中的接触及摩擦情况"计算得到的钢板弹簧刚度及""钢板弹簧模型为某汽车后悬架渐变刚度钢板弹簧"由=片钢板弹簧组成"上四片钢板弹簧为主簧"强度特性与试验值相差较大"实际情况中必须

4、经过下两片钢板弹簧为副簧"主簧截面尺寸为B55K某种修正才能满足设计计算的要求'近几年来"利用有限元软件分析钢板弹簧的刚度及强度特性逐渐=$55"副簧截面尺寸为%=55K=$55'=片钢板弹簧之间用中心螺栓连接并用D形螺栓夹紧在成为主要研究方法'文献)#A!*考虑了钢板弹簧各簧片之间的接触与摩擦特性"分析了钢板弹簧在静汽车桥壳上'由于此钢板弹簧为非对称式钢板弹态载荷作用下的刚度特性'文献)>A=*分析了复合簧"所以需整体考虑分析"并且考虑各簧片之间垫片材料钢板弹簧的刚度及强度特性'文献)C*分析了的影响以满足实际情况'钢板弹簧的迟

5、滞特性与等效阻尼随激励载荷的变化钢板弹簧总成模型是一个实体组合模型"考虑规律'文献)BAE*考虑钢板弹簧各簧片之间的接触"钢板弹簧实际工作过程中的受力情况"用B节点三建立了钢板弹簧动力学模型'维实体单元L;MN7>"来模拟钢板弹簧'钢板弹簧笔者考虑钢板弹簧实际工作过程中的大变形!各簧片在D形螺栓之外的部分仍可以相互接触或各簧片及垫片之间的接触和摩擦等非线性因素"利分离"考虑钢板弹簧各簧片之间的接触为非线性问用有限元软件FGH3)534I及J*4G4对某汽车后悬题"需要采用不同的单元类型来进行模拟计算"利用架渐变刚度钢板弹簧的静态特

6、性%刚度及强度&进行J*4G4中的O+)831%C$和P'*1+<1%C>两种三维接触分析"进而通过钢板弹簧的刚度和强度试验验证有单元来模拟钢板弹簧各簧片之间及垫片间的接触"限元模型的精确性'在有限元模型验证精确的基础这两种单元能充分体现接触单元之间的柔性特征'!江苏省研究生培养创新工程资助项目%QRMS+$#>!&(中央高校基本科研业务费专项资金资助项目收稿日期##$%!A$CA$>(修回日期##$%!A$BA!$"第"期王"勇"等#渐变刚度钢板弹簧的非线性有限元分析B#C在钢板弹簧的有限元模型中共定义了%>个接触对'建立的钢板

7、弹簧有限元模型如图%所示"整个网格单元数为EE%$#"节点数目为BC$"!'图>"钢板弹簧总成.'*2/434等效应力云图T/89>".'*2/4343Y(/Z+,3*141)344<,'(U-/8()3'-图%"钢板弹簧有限元模型1I3,3+-4H)/*8+44350,GT/89%"T/*/133,353*15'U3,'-1I3,3+-4H)/*8$9%"钢板弹簧模型约束及求解设置钢板弹簧总成在中部用D型螺栓夹紧在汽车桥壳上"利用多节点约束单元2VP单元将第=片钢板板簧D型螺栓区域处的节点连在一起"在中心节点处施加载荷"方向垂直

8、向上'利用2VP单元将钢板弹簧中心螺栓处的节点连在一起"模拟中心螺栓的作用'钢板弹簧两端卷耳部分处的约束为#钢板弹簧的支承方式为一端固支的卷耳"另一端采用铰支的吊耳'钢板弹簧施加约束后的有限元模型如图#所示'图""钢板弹簧各簧片.'*2/434等效